工业中的大能手—稀土氧化物简介

稀土元素是一类特殊的元素，在元素周期表中，我们把原子序数从57至71的一类元素称为稀土元素，它们都是镧系金属元素。而稀土元素和氧气发生反应生成的氧化物我们称之为稀土氧化物。稀土元素的应用范围十分广泛，军事制造、石油化工、冶金、纺织、陶瓷等诸多重要的制造业中都需要使用到稀土元素，而随着这些制造业的快速发展，稀土元素和稀土氧化物的应用价值将会越来越大。

稀土氧化物主要包括以下三种物质，它们都是最常见最常使用的三种稀土氧化物。

氧化镧

分子式为La₂O3， 相对分子质量为325.84。

物理性质：外观为白色可见的且无定形粉末状物质，密度大小大致为6.51g/立方厘米，大于地球本身的平均密度，熔点大小约为2217℃，沸点大小约为4200℃，和水的相溶性较低，是一种微溶于水的物质。

化学性质：化学性质非常活跃，放入酸中易溶且与酸发生反应生成另外的一种盐类，若放置在空气中会与水分以及二氧化碳发生反应，并缓慢生成碳酸镧，碳酸镧若进行灼烧和水发生化合反应会释放出大量的热量。

应用范围：主要使用氧化镧进行光学玻璃的制造，如摄像头、显微镜等高精密仪器镜片。

氧化铈

常见的氧化铈分子式为Ce2O3， ，CeO2 ，但在这两者氧化铈之间还存在多种其他分子式的氧化铈，且极不稳定，三氧化二铈是一种六方体分子结构的氧化物，研究表明它的熔点约为2210摄氏度，沸点约为3730摄氏度，且由于它对空气十分敏感，在空气中会和多种物质发生反应，所以一般情况下要进行密封保存。二氧化铈则是最具代表性的铈的氧化物，研究表明其熔点大约为2600摄氏度，不溶于水，在遇到硫酸和硝酸时也不容易和它们发生化学反应。在工业领域中，三氧化二铈经常用作催化剂，二氧化铈则广泛应用于半导体材料和汽车工业中。

氧化镨

同氧化铈一样，氧化镨也有很多种分子式不同的氧化物，其中，最稳定的镨氧化物为二氧化六镨，稳定性良好的其次为PrO1.65，这两种氧化物均是立方体的分子结构。氧化镨广泛应用于变阻材料的制作和研究，同时在颜料的制造和生产中，氧化镨也被广泛使用。

氧化铈、氧化镨和氧化镧是最常见的稀土氧化物，它们都拥有着各自独特的化学性质和物力性质，因此被广泛应用于工业制造业。未来它们的应用必然会更加广泛。

La₂O3 分子量325.84

白色无定形粉末,密度6.51g/cm3，熔点2217℃，沸点4200℃，微溶于水，易溶于酸而生成相应的盐类。露置空气中易吸收二氧化碳和水，逐渐变成碳酸镧。灼烧的氧化镧与水化合放出大量的热。

应用领域 主要用于制造精密光学玻璃、高折射光学纤维板，适合做摄影机、照相机、显微镜镜头和高级光学仪器棱镜等，还用了制造陶瓷电容器、压电陶瓷掺入剂和X射线发光材料溴氧化镧粉等。 性质：铈的氧化物的总称。

常见者有三氧化二铈(dicerium trioxide，Ce2O3)和二氧化铈(cerium dioxide，CeO2)。在三氧化二铈与二氧化铈之间存在相当多的氧化物物相，均不稳定。三氧化二铈具有稀土倍半氧化物的六方结构，熔点2210℃，沸点3730℃，对空气敏感。在一氧化碳气氛中，1250℃温度下加热二氧化铈和碳粉的混合物即可制得。主要用作催化剂。二氧化铈是最重要的、具有代表性的铈的氧化物。具有萤石结构。黄色固体(纯品为白色)。熔点2600℃。不溶于水。难溶于硫酸、硝酸。在空气中加热铈、氢氧化铈(III)或草酸铈(III)均可制得二氧化铈。用于镜头抛光剂。二氧化铈在低温、低压下形成缺氧物相，例如CenO2n-2(n=4，6，7，9，10，11)，通常呈蓝色。Ce6Oll，蓝色固体。Ce7O12，在CeO2晶胞结构基础上短缺七分之一的氧，蓝黑色固体，熔点1000℃(分解)。Ce9O16暗蓝色固体，熔点625℃(分解)。Cel0O18，在CeO2晶脆结构基础上短缺十分之一的氧，暗蓝色固体，熔点575～595℃(分解)。CellO2O，暗蓝色固体，熔点435℃(分解)。它们在半导体材料、高级颜料及感光玻璃的增感剂、汽车尾气的净化器方面有广泛应用。 稀土元素的原子结构可以用4fx5d16s2 表示，x 从0→14。稀土元素从金属变成离子后，4f 轨道的外侧仍包围着5s25p6的电子云，失去6s2 电子及5d1 或4f 失去一个电子，形成4fx5s25p6的电子结构。在稀土金属中，6s 电子和5d 电子形成导带，4f 电子则在原子中定域，这种4f 电子的定域化和不完全填充都将反映在它们的种种物性之中。

4f 电子位于原子内层轨道，5s25p6 电子云对其有屏蔽作用，4f 轨道伸展的空间很小，所以受结晶场、配位体场等的影响很小；与此相反，其自旋（MS）与轨道（ML）的相互作用都很大，使得f- f 电子轨道L 与自旋S 相互耦合作用，E4f 分裂成许多能级有微小差别的能级亚层，每一个亚层对映一个光谱项2s+1L。

稀土元素化合价有多种价态，并存在变价作用。铈、钐、铕等在一些化合物中，其原子价为3 价、4 价或2 价和3 价共存，而且这种原子价的变化有的极快，有的极慢，十分引人注目。稀土离子电价高，半径大，易受极化，极化强度愈高折射率愈大，在陶瓷颜料中利用稀土离子的高折射率，使装饰画面色泽鲜艳。与普通釉彩颜料相比，加入稀土的颜料色泽加深。

从La 到Lu 的稀土元素都容易失掉2 个6s 电子，1 个5d电子或4f 电子，形成三价正离子（4fx5s25p6）,因此稀土元素的氧化物大多是Ln2O3。此外镧系元素的4f0、4f7、4f14（全空、半充满、全充满）电子排列较稳定，一般具有该结构型的离子都是无色的。 稀土氧化物有多种，如LnO，Ln2O3 和LnO2，其中Ln2O3较常见。随着原子序数的递增，电子被填充在4f 轨道上，其电子结构、离子的价态及三价离子的颜色可去查看相关资料附表。

稀土离子的4f 亚层被外层（5s2）（5p6）电子壳层所屏蔽，致使4f 亚层受邻近其它离子的势场（结晶场）影响很小，其线状谱线基本保持自由离子的线状光谱特征，这与过渡元素的d- d 跃迁不同，d 亚层处于过渡金属离子的最外层，没有屏蔽层的保护，受配位场或晶体场影响较大，谱线不稳定，容易造成同一元素在不同化合物中的吸收光谱出现差别，导致颜色不稳定。稀土元素的电子能级和谱线比其它元素丰富多样，它们在从紫外光、可见光到红外光区都有吸收或发射现象，是非常好的色谱较广的有色物质。

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