科普: 稀土元素的單質，以及相應的化合物

這次就不發關於特攝的了，發一篇關於學習的文章，你們看不懂也沒關係，在這裡還要澄清的一點是以下的圖片都是我從網上一些地方轉載過來的，並非是我自己買來再拍照傳上來的，所以不要問一些無聊的問題

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主要都是鑭系元素

鑭系元素單質外觀差不多，它們都是銀白色略帶黃色的金屬。它們在空氣中都容易氧化，以Gd為界可以分為輕稀土和重稀土。輕稀土易與水反應，以Eu最劇烈，並且在空氣中會迅速氧化。重稀土空氣中可以保持較長時間不氧化，常溫下不與水反應。

鑭系元素都有穩定的+3氧化態，並且大多是有色的(綠色，粉色，黃色)。Sm，Eu，Yb有+2氧化態，除了Eu2+以外，其他都可以將水還原而難以穩定存在溶液中。Tm也有二價，但更不穩定。Ce，Pr，Tb有四價，除了Ce4+外都可以氧化水，不能穩定在水溶液中，氧化物中比較穩定。Nd和Dy也有四價，更不穩定。

可以看出，氧化態的排布和離子的顏色基本呈周期性，而且一個二價離子的顏色與前一號元素三價離子顏色相近。稀土氧化物Ln2O3常用於工業製造中。稀土化合物有很多有意思的性質，有的稀土鹽(Sm,Eu,Tb等)有螢光性，有的稀土鹽(Nd,Er,Ho)有光致變色效應。

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鈧

是最輕的稀土元素，價格也是稀土中最高的。它在自然界中非常分散，很少有獨立礦物。除了水磷鈧石和鈧釔礦等極少幾個礦物含有10%以上的Sc2O3，大多鈧混雜在稀土礦物中，需要分離。鈧在空氣中會緩慢氧化。它主要應用在鈧鈉燈，輕質合金，太陽能電池，半導體材料，螢光粉等中，應用不多。

鈧的化合物主要都是三價的。ScX3,ScPO4,Sc2(SO4)3,KScF4,Na3ScF6等都是很穩定的白色固體。滷化鈧主要以二聚體存在。水溶液中有六水合鈧離子，Sc(OH)2+,Sc(OH)2 +等存在。Sc的低氧化態主要是+2,比如黑色的ScH2,紫色的CsScCl3。

釔

是一種和鈧很相似的金屬，但是價格相比鈧低很多。它性質與釔相似，也容易氧化，溶於稀酸，形成無色化合物。它是製造著名的釔鋇銅氧(YBCO)超導體的原料

鑭

鑭系元素打頭的存在，一種性質和前面的鈧、釔差不多的元素。它主要化合價就是+3，但低價不穩定化合物如LaI2也已經製得。它在地殼中含量很高，價格也十分便宜。與前兩種不同的是，它更容易氧化，在空氣中會迅速失去光澤而成黑色的塊狀。它會緩慢與水作用，生成白色的La(OH)3。

鑭的三價化合物幾乎都是白色的。但是，將帶有氧化的金屬鑭溶於中等濃度硫酸或者硝酸，生成鑭鹽的同時還會生成一種粉紅色的沉澱。鑭和乙酸反應時也有類似現象，會生成棕色物。

鈰

儲量很大，是鑭系金屬中價格最低的。鈰主要用在打火石，特殊合金，螢光粉等中，生活中較常見。

就金屬來講，鈰和其他鑭系元素看起來沒什麼不同，都是活潑的，易溶於酸的金屬。Ce溶於各種強酸，得到無色的Ce3+。Ce的特殊性在於它可以形成穩定的+4氧化態化合物。CeF4,CeO2,Ce(OH)4等都是淺橙色粉末，Ce(SO4)2,CeCl4都是黃色的，水合硝酸鈰，硝酸鈰銨等都是橙色晶體。加熱下，還可以形成BaCeO3等固體。Ce(Ⅳ)是強氧化劑強度類似PbO2，與鹽酸反應得到氯氣，因此CeCl4與CeCl62-必須在較低溫下製備。在氧化還原滴定中，硫酸高鈰是常用的材料。

鐠

鑭系元素的第三個。鐠為略帶黃色的銀白色金屬，易與酸反應，空氣中會很快氧化得到黃綠色的粉末。鐠主要用於有色鏡片，打火石，磁性合金等。

Pr(III)為鐠的主要氧化態，Pr 3+特徵顏色為綠色。鐠溶於酸十分迅速，得到綠色溶液。八水合的硫酸鐠或者氯化鐠呈現漂亮的蘋果綠色，在水中溶解度不大，而且有水解性。在鐠鹽溶液中加入氟化鈉，氫氧化鈉等都可以形成淺綠色的沉澱。

Pr(IV)，鐠的強氧化性氧化態，Pr 4+特徵顏色為黃色。已成功製備的簡單高鐠鹽很少，只有PrF4,Pr(SO4)2,Pr(NO3)4，它們都在極端條件下得到。比如Pr與F2反應無法得到PrF4，必須用低溫下氧化性更強的KrF2才可以。它們都是白色或黃色固體，溶於水先顯黃色之後氧化水迅速褪色。但是在六偏磷酸鈉，碲酸鹽等配體存在下，用過硫酸鹽等可以氧化Pr(III)得到一些棕黃色的Pr(IV)配合物。PrO2是最容易製備的，用過硫酸鹽氧化Pr(OH)3可以得到它，它是棕黑色的，氧化性比PbO2更強。

釹

鑭系第四個金屬，是活潑容易氧化，在空氣中放置就變為灰色。溶於強酸時，它形成粉紅色的溶液。Nd3+是鑭系離子中第一個有光致變色效果的。

Nd(III):釹作為鑭系元素的本徵價態。水合的釹鹽有美麗的紫紅色，硫酸鹽可以做晶體。由於4f電子的存在，它有光致變色效果。當不同波長光照射水合釹鹽時，Nd(III)的電子結構會發生不同的改變，產生不同使其吸收光譜發生改變。所以，釹鹽通常有粉紫色與淺灰色兩種顏色。

Nd(IV):鑭系的四價除了Ce,Pr,Tb的之外都是很不穩定的，但是在剩下的元素中Nd,Dy相對更穩定。因此曾經有過NdO2與水溶液中Nd(IV)化合物的報導，雖然未能重複。將BaCeO3與Nd2O3共熱，固體變黑，表明有少量Nd（lV）

鉕

鑭系第五個元素，是一种放射性元素，也是鑭系中最稀有的元素，地殼中含量微乎其微，要想看見它的可見量單質幾乎是不可能的，除非在世界上少數的頂尖實驗室中。它曾經在上世紀短暫的一段時間內做過螢光粉添加劑，那時正值Ra塗料衰落而氚管還沒有普及的時期，這也大概是Pm在生活中的唯一用途了。現在留有Pm的物件已經很少，圖中的手錶指針中可能含有微量Pm。

鉕是一種活潑金屬，性質與它旁邊的Nd,Sm差不多。它幾乎沒有+2或者+4的化合物，鉕鹽有類似Ho的光致變色效果(紫色或黃色)。PmF3淺紅色，Pm(NO3)3紫色(黃色)，Pm2O3黃色(粉紫色)。

釤

鑭系第六個元素,是一種淺黃色金屬，市售品通常是條狀的蒸餾產物。相比前幾個元素單質，釤在空氣中氧化較慢，但是久置後也會變為淡黃色粉末Sm2O3。釤主要用於做應用廣泛的釤鈷磁鐵。

Sm(II): 鑭系元素+2氧化態穩定性Eu2+>Yb2+>Sm2+>其他，因此釤是第一個有比較穩定二價化合物的鑭系元素。Sm(II)特徵顏色為紅色，還原性非常強，可以把水還原為氫氣。水溶液中紅色的Sm(II)可以由Sm溶於濃鹽酸或者SmCl3電解還原時短暫得到，在這種溶液中加入SO4 2-,沉澱出橙色SmSO4。由它可以得到棕色SmCO3和綠色Sm(OH)2。它們是極易被空氣氧化的。含有結晶水的亞釤鹽不穩定，因為結晶水會被還原，所以分離得到的固體SmX2都是無水物。如有機中常用的溫和還原劑SmI2，就是無水物溶於THF得到藍色溶液出售的。

Sm(III):釤的本徵價態，可以形成各種黃色的鹽。含水的釤鹽在一定波長的紫外線下發出微弱的紅光。

銪

鑭系7號，是一種特殊的元素。它的單質比其他稀土金屬都活潑，空氣中會迅速被深色的氧化膜覆蓋，即使在油中也會變為黃綠色而看不到金屬光澤。常溫下遇水劇烈反應，類似Ba，並且生成檸檬黃色的沉澱(Eu(OH)2)。因此單質銪必須在油中或者玻封保存。銪主要用於螢光粉。

Eu(II):銪的二價是所有鑭系二價中最穩定的，特徵顏色為草黃色，它可以形成種類繁多的鹽。水溶液中的Eu2+還原性很強，類似Ti3+,可以由鋅還原得到。常見的亞銪鹽有:EuX2,黃色的EuCl2.2HCl,白色沉澱EuSO4,黃色沉澱EuCO3,橙色沉澱EuC2O4等。水合亞銪鹽在紫外線下發藍色螢光。

Eu(III):銪鹽為白色固體有亮粉紅色螢光。Eu2O3在白天顯很淺的粉紅色，大概有螢光的原因。將銪鹽製成有機配合物，可以增強發光性能。

釓

鑭系8號，是輕稀土和重稀土的分界。從釓開始，後面的稀土金屬活潑性顯著比前面幾個降低。釓是一種光澤比較暗的金屬，在稀土金屬中鐵磁性最強，溶於酸，在空氣中氧化很緩慢，遇水常溫下是不反應的。釓的作用主要是作為合金添加元素，核磁共振劑，磁性材料。

Gd主要化合態為+3，形成無色的釓鹽。它的鹽化學性質與其它金屬基本一樣。

鋱

鑭系第九個元素，又是一種可以形成穩定四價的元素。金屬鋱空氣中會緩慢氧化，溶於多數強酸形成無色的鹽。

Tb(III):鋱的本徵價態，鹽為無色或很淡的粉紅色。水合鋱鹽在一定波長紫外線下發出黃綠色螢光，比U(VI)的偏黃一點。

Tb(IV):四價鋱穩定性不如鈰但比鐠的容易形成，但是對其研究不如鐠的多。文獻記載的簡單鹽只有TbF4。此外，一些配合物，如六偏磷酸鈉，碲酸鈉等與之在氧化劑作用下配合的，在溶液中顯出紅棕色，並且久置會分解。類似PrO2，強氧化劑氧化下可以得到棕色的TbO2。市售Tb4O7用醋酸溶解三價的部分，留下的就是TbO2。它是一種強氧化劑

鏑

鑭系第十個元素，單質是一種銀白色的金屬，空氣中緩慢氧化，溶於酸。鏑及其化合物主要用作螢光粉，磁致伸縮材料，超導合金，電子元件等。

Dy(III):鏑溶於酸隨著氫氣放出，溶液變為淡黃色。飽和氯化鏑溶液或者水合鏑鹽固體都是檸檬黃色的。鏑鹽性質與其它稀土幾乎一樣。

Dy(IV):類似Nd(IV),這個氧化態存在且不穩定。DyO2可能存在，但是目前研究出來的主要是氟配合物Cs3DyF7，它是橘紅色固體，空氣中逐漸褪色。

鈥

是一種化合物會顯著隨光照變色的元素。銀白色的金屬鈥在空氣中很緩慢地氧化，覆蓋上一層粉末。它溶於酸，得到黃(粉)色溶液。Ho穩定的價態只有+3。鈥鹽隨光源不同顯出桃紅色和米黃色，粉橙色等顏色。（個人很喜歡鈥鹽的顏色）

鉺

是一種穩定，中等活潑，有暗黃色光澤的金屬，溶於酸得到粉紅色溶液。市面上金屬鉺主要以塊狀或者蒸餾晶體出現。鉺的作用主要是做合金，磁性材料，有色玻璃添加劑，光電纜等。

鉺價態主要是＋3。它的鹽呈現粉紅色。其實鉺也有光致變色，只是不如Pm和Ho明顯。日光下，鉺鹽為淺粉色 而螢光等下，它更偏暗粉。

銩

銀白色稀土金屬，價格偏高，比較稀有，主要用作永磁體，催化劑等。銩用途不多，La更廉價，可以代替它。

Tm(II):不穩定價態，比Eu,Yb,Sm的更不穩定，化合物通常帶有紅色。化合物有TmX2等，它們溶於水顯示很短暫的淺紅色。

Tm(III): 可以形成各種淺綠色的鹽，顏色很淺。近乎白色的TmF3,Tm(OH)3等是不溶於水的。

鐿

是一種淺黃色的金屬，溶於酸得到無色溶液。它在鑭系中活潑性不高，價格也偏低。它用處不多，YbBr3用於照明工業。Yb主要有兩個價態。

Yb(II):強還原性氧化態，特徵顏色為綠色。將金屬Yb溶於鹽酸的一瞬間，可以觀察到黃綠色，這就是產生少量的Yb2+。它可以迅速還原水。電解還原YbCl3溶液也可以看到黃綠色。YbX2由Yb與無水YbCl3反應或者HgX2與Yb反應得到。在硫酸鐿溶液中加鈉汞齊還原，得到綠色的YbSO4沉澱，分離出後它在空氣中容易被氧化變白。YbCO3是蒼綠色的。

Yb(III):常規價態，形成類似其他Ln(III)的無色鹽

鑥

是一種堅硬，灰色的金屬，是鑭系中最穩定最不容易氧化的。它可以溶於酸，活潑性類似於錫和鐵。它稀有，價格較高，用處不多，用於照明工業等。化合物性質方面，Lu形成無色的鑥鹽，和La是類似的。

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關於稀土元素，其實還有一些的，只是我暫時找不到圖片，所以我就不一一介紹了，下篇文章就更一下高斯奧特曼全敵役排名，敬請期待吧！

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