弹性性质

与大多数稀土金属的其他性质一样,稀土金属的弹性模量落在其他金属元素的中间百分位。的值而且与镧系元素(镥)。随着弹性模量的增大,弹性模量普遍增大原子序数.的异常(一些4f成键)和镱(二价)是明显的。

机械性能

稀土金属既不是弱金属,也不是特别强的金属元素,它们确实表现出一些适度的延性.由于机械性能很大程度上取决于金属的纯度和它们的热历史,因此很难比较文献中报道的值。极限强度从120到160兆帕不等,延展性从15%到35%不等。镱(铕尚未测量)的强度要小得多,为58 MPa,延展性更高,约为45%,与二价的预期相同金属

化学性质

稀土金属的反应性空气显示出轻镧系元素和重镧系元素之间的显著差异。轻镧系元素比重镧系元素(钆通过镥)、钪和钇氧化得快得多。这种差异部分是由于氧化产品的形成。轻的镧系元素(镧到钕)形成六方的a型R2O3.结构;中间的镧系元素(钐到钆)形成单斜b型R2O3.阶段;重镧系元素、钪和钇形成立方c型R2O3.修改。a型反应空气中的蒸汽形成氢氧化物,导致白色涂层剥落,并允许氧化通过暴露新鲜的金属表面进行。c型氧化物形成紧密的,连贯的防止进一步氧化的涂层,类似于.钐和,形成b型R2O3.相,氧化比较重的镧系元素,钪和钇稍快,但仍然形成一个连贯的涂层,阻止进一步氧化。正因为如此,轻镧系元素必须储存在真空或者在惰性气体大气中,而重的镧系元素,钪和钇可以被放置在室外多年而没有任何氧化。

金属铕具有bcc结构,在潮湿空气中氧化速度最快,需要一直在惰性气体气氛中处理。铕暴露在潮湿空气中的反应产物是一种氢氧化物Eu(OH)。2- h2O,这是一种不寻常的反应产物,因为所有其他稀土金属都会形成氧化物。

金属与除氢氟酸(HF)以外的所有酸发生强烈反应,释放H2气体和形成相应的稀土阴离子复合.稀土金属置于氢氟酸中形成不溶性RF3.防止进一步反应的涂层。

稀土金属很容易与氢气反应形成RH2在强氢化条件下,RH3.除了钪,它不会形成三氢化物。

化合物

稀土元素形成上万的化合物所有的元素都在——包括——的右边集团7种金属(,)在元素周期表中,加上而且在第2组的最左边。重要的复合级数和一些个体化合物具有独特的属性或不寻常的行为描述如下。

氧化物

迄今为止研究的最大的无机稀土化合物家族是氧化物。最常见的化学计量学是R2O3.作文,但,因为少数镧系元素元素有其他除了3+外,其他化学计量学也存在,例如,氧化铈(CeO2),氧化(Pr6O11),氧化(结核病4O7)、氧化铕(EuO)和铕3.O4.大部分讨论将集中在二元氧化物,但三元和其他高阶氧化物也将简要回顾。

三氧化二

所有稀土金属在室温下都能形成倍半氧化物,但不稳定平衡组成。有五种不同的水晶R结构2O3.阶段。它们被指定为A、B、C、H和X类型(或形式),它们的存在取决于稀土元素和温度.A型存在于轻镧系元素中,它们在2000°C(3632°F)以上转变为H型,然后转变为100-200°C(180-360°F)以上的X型。中间的镧系元素存在B型,在2100℃以上也转变为H型,然后在温度附近转变为X型熔点.重镧系元素和钪都存在c型结构2O3.和Y2O3..c型R型2O3.化合物在1000到2000℃(1832到3632°F)加热时转变为B型,然后在熔化前转变为H型。R2O3.阶段耐火材料轻R氧化物和重R氧化物的熔化温度分别在2300和2400°C(4172和4352°F)之间,但由于结构上的原因,它们作为耐火材料的用途有限转换如上所述。

倍半氧化物是化学中最稳定的氧化物之一元素周期表;越负的值生成自由能(ΔGf0),氧化物越稳定。有趣的特征是铕形成时的反常自由能2O3.氧化镱(Yb2O3.),因为人们会认为它们应该在另一个三价R所建立的线上或附近2O3.阶段,因为而且都是三价的。那些不那么消极的ΔGf0数值是由于铕和镱都是二价金属,当它们与之反应时氧气形成三价氧化R,需要能量转换二价铕或镱变成三价态。

R有很多重要的用法2O3.化合物;通常,它们与其他化合物或材料结合使用。没有未配对的氧化物f电子氧化(洛杉矶2O3.),氧化(陆2O3.)和氧化钆(Gd2O3.),被添加到光学眼镜它们被用作镜头;R2O3.的作用是增加折射率.同样的氧化物加上氧化钇(Y2O3.)被用作稀土基的宿主材料荧光粉;通常它们与其他氧化物材料混合以优化光学性能。钒酸钇(YVO4)和氧化硫化钇(Y2O2年代)。

一些镧系元素离子未配对的4f电子具有电子跃迁,当被电子或光子激活时,会产生强烈而尖锐的颜色,并用于电视使用阴极射线管,光学显示器,还有荧光照明;这些是Eu3 +(红色),欧盟2 +(蓝色),结核3 +(绿色)Tm3 +(蓝色)。各自的活化剂R2O3.氧化物以1 - 5%的量添加到主材料中以产生适当的还有彩色的光。欧盟3 +离子会产生强烈的红色,1961年它的发现导致了电视工业的重大变化。在引入铕之前,电视上的彩色图像相当沉闷。当使用新的铕荧光粉时,颜色更加明亮和强烈,这使得看彩色电视更加愉快。这种应用是现代稀土工业的开端。个别稀土元素的年产量显著增长,产品纯度更高,稀土开采量在随后几年大幅增加。

Y2O3.氧化物加入到ZrO中2来稳定ZrO的立方形态2并引入氧空位,这导致材料具有高导电性.这些材料(5 - 8% Y2O3.在ZrO2)是优良的氧气传感器。它们被用来测定空气中的氧含量,并控制汽车燃料中的富贫比。

加入约2%的R的重量2O3.(R =镧、铈和未分离的R)沸石(3 sio2/铝2O3.提高了催化裂化(FCC)的催化活性。催化剂比不含稀土的沸石高出两到三倍。FCC催化剂自从1964年稀土被发明以来,一直是最大的稀土市场之一(15% - 18%)。稀土的主要功能是稳定沸石结构,在需要更换之前延长其使用寿命,并提高FCC的选择性和有效性催化剂

稀土氧化物最古老的用途之一可以追溯到1912年,那就是给玻璃上色:氧化(Nd2O3.),从低浓度的淡粉色到高浓度的蓝紫色,氧化(Sm2O3.)表示黄色,和氧化(Er2O3.)为淡粉色。氧化钕,Di2O3.(镝是大约25%镨和75%钕的混合物),用于玻璃吹制工和焊工的护目镜,因为它能有效地吸收强烈的黄光发出通过在钠基玻璃中。(CeO的用法2ce2O3.在去色玻璃将在下一节讨论。)