《过渡金属稀土金属》课件

过渡金属与稀土金属概述过渡金属与稀土金属是现代材料科学与工业的基石这些元素拥有独特的电子结构和化学性质在高科技领域具有不可替代的战略价值过渡金属的定义与特征定义特征d区元素，电子填充d轨道可变化合价，形成有色化合物重要性催化剂，合金，工业材料基础过渡金属在元素周期表中的位置第一过渡系1第4周期，Sc到Zn第二过渡系2第5周期，Y到Cd第三过渡系3第6周期，La和Hf到Hg过渡金属的电子构型外层电子构型n-1d¹⁻¹⁰ns¹⁻²d电子特点能量相近，易失去或共享d轨道分裂配位场理论的基础过渡金属的物理性质高熔点W熔点达3422°C高密度Os密度达

22.6g/cm³强导电性Ag导电性最佳好延展性Au可轧制成薄膜过渡金属的化学性质氧化态多变催化活性12Mn的氧化态从+2到+7Pt、Pd催化加氢反应有色化合物配位能力43d-d电子跃迁产生色彩形成稳定配合物第一过渡系元素概览元素符号原子序数主要用途钪Sc21航空合金钛Ti22轻质高强合金钒V23钢铁添加剂铬Cr24不锈钢锰Mn25脱氧剂第二过渡系元素概览钇Y原子序39，用于红色荧光粉锆Zr原子序40，核反应堆材料钼Mo原子序42，高温合金和催化剂钯Pd原子序46，氢气存储和催化剂第三过渡系元素概览贵金属1Au,Pt,高价值重金属2W,Os,Re,高密度高熔点常用金属3Hf,Ta,工业应用广泛铁族元素（、、）的特性Fe CoNi铁Fe钴Co镍Ni地壳丰度高强磁性耐腐蚀磁性强硬质合金电镀应用钢铁工业基础锂电池正极材料氢化反应催化剂铂族元素（、、、、、）的特性Ru RhPd OsIr Pt高贵性1化学稳定性极高高催化活性2汽车尾气催化转化器高稀有性3地壳含量极低过渡金属的配位化学八面体配合物六个配位基团环绕中心金属平面四方形配合物特征d⁸构型如PtII四面体配合物常见于d¹⁰构型如ZnII过渡金属的催化作用吸附活化反应物吸附于金属表面削弱化学键脱附反应产物离开催化剂表面形成新化学键过渡金属在工业中的应用过渡金属在生物体中的作用铁Fe锌Zn铜Cu血红蛋白，氧气运输锌指蛋白，DNA结合氧化酶，电子传递稀土元素的定义与分类定义镧系元素加钪和钇轻稀土镧到铕，丰度较高重稀土钆到镥，丰度较低稀土元素在元素周期表中的位置镧系元素概览原子序数1从57La到71Lu电子构型24f轨道逐渐填充化学性质3相似性大，分离困难应用领域4磁性材料、发光材料、催化剂钪和钇的特性钪Sc钇Y周期表第3族首元素化学性质类似镧轻质高强度用于红色荧光粉应用于航空合金高温超导材料组分共同特点与镧系元素共存化学行为相似稀土元素的电子构型外层电子构型15d¹6s²或4f^n6s²24f轨道填充从Ce4f¹到Lu4f¹⁴34f电子特点被外层电子屏蔽，不参与成键异常电子排布4部分元素存在特殊电子排布如Gd稀土元素的物理性质稀土元素的化学性质氧化性活泼，易形成三价氧化物配位能力配位数高，达到8-12氧化态主要为+3，部分元素有+2或+4态镧系收缩现象现象原因影响原子半径和离子半径随原子序数增加而4f电子对核电荷屏蔽效应弱导致化学性质随序数变化减小有效核电荷增加，电子云收缩重稀土分离比轻稀土容易La到Lu，半径减小约

0.15Å稀土元素的氧化态元素常见氧化态特殊氧化态稳定性Ce+3+4Ce⁴⁺较稳定Eu+3+2Eu²⁺较稳定Tb+3+4Tb⁴⁺在固态稳定Yb+3+2Yb²⁺较稳定稀土元素的磁性最强4f磁性强度来源钕铁硼磁体是最强永磁体未成对4f电子贡献磁矩Gd最大磁矩钆有7个未成对电子稀土元素的光学性质4f-4f跃迁荧光特性产生锐线发射发射特定波长光能量转换颜色多样上转换、下转换发光不同元素发射不同颜色稀土元素的分离与提取矿石选择主要矿石独居石、氟碳铈矿酸浸析用强酸溶解矿石溶剂萃取利用分配系数差异分离离子交换进一步提纯分离稀土元素在冶金工业中的应用钢铁工业镁合金铝合金提高钢材性能，细化晶粒提高耐热性和抗蠕变性提高强度和耐腐蚀性稀土元素在磁性材料中的应用磁特性原理1未成对4f电子贡献大磁矩主要材料2钕铁硼、钐钴永磁材料应用领域3风力发电、电动汽车、硬盘驱动器稀土永磁材料钕铁硼超强磁性最强永磁体温度性能添加Dy提高耐温性广泛应用电机、发电机、医疗设备稀土元素在发光材料中的应用三基色荧光粉LED荧光粉安全标识红色Eu³⁺白光LED铈掺杂钇铝石榴石防伪印刷绿色Tb³⁺发光效率高安全标记蓝色Eu²⁺稀土元素在催化剂中的应用汽车尾气净化催化石油催化裂化有机合成反应剂镧系元素稳定沸石分子路易斯酸催化剂铈基氧储存材料筛稀土元素在玻璃工业中的应用稀土元素在陶瓷工业中的应用颜料结构陶瓷铈黄色钇稳定氧化锆镨绿色高强度、高韧性钕紫色功能陶瓷压电陶瓷热障涂层稀土元素在电子工业中的应用电容器硬盘驱动器显示器高介电常数材料钕铁硼磁头执行器荧光粉显色技术稀土元素在新能源领域的应用风力发电混合动力汽车12永磁发电机，提高效率电机、电池材料燃料电池太阳能转换钐掺杂氧化铈电解质上转换材料提高效率43稀土元素在医学领域的应用磁共振成像钆造影剂增强对比度放射治疗钇-90放射性同位素治疗肿瘤牙科材料铈稳定氧化锆牙冠诊断试剂稀土标记免疫分析稀土元素在农业中的应用应用使用元素效果肥料添加剂La,Ce,Nd混合促进作物生长种子处理Ce,La溶液提高发芽率动物饲料La,Ce化合物促进生长，提高免疫力植物保护稀土氧化物增强抗病虫害能力稀土元素在环境保护中的应用污水处理稀土基吸附剂去除重金属尾气净化铈基三效催化剂水质监测稀土发光材料检测污染物过渡金属与稀土元素的相互作用合金形成电子结构互补协同催化形成化合物和固溶体d电子与f电子相互作用催化活性增强显著改变物理性质产生特殊磁性和电子性质提高选择性和稳定性稀土过渡金属合金的性质与应用-磁性材料储氢材料SmCo

5、Nd2Fe14B永磁体LaNi5合金，用于储能形状记忆合金高强度结构材料镧-铁-铝合金稀土钢，提高强度和耐热性镧（）的性质与应用La高折射光学玻璃镍氢电池石油裂化催化剂照相机镜头，望远镜LaNi5储氢合金提高裂化效率铈（）的性质与应用Ce镨（）的性质与应用Pr永磁材料光学玻璃与钕配合用于NdFeB磁体添加氧化镨呈黄绿色12电子元件43陶瓷颜料固态电容器材料制备黄色和绿色颜料钕（）的性质与应用Nd最强紫色永磁材料玻璃着色钕铁硼永磁体激光玻璃和滤光片高效电机应用风力发电和电动汽车钐（）的性质与应用Sm高温永磁材料1SmCo5和Sm2Co17中子吸收剂2核反应堆控制棒红外吸收玻璃3特种光学滤光片铕（）的性质与应用Eu红色荧光粉蓝色荧光粉防伪技术Eu³⁺发射红光，用于显示器Eu²⁺发射蓝光，用于LED欧元纸币荧光防伪钆（）的性质与应用Gd磁性材料磁共振造影剂中子吸收材料居里温度接近室温Gd-DTPA增强MRI对比度核反应堆安全材料铽（）的性质与应用Tb绿色荧光粉1节能灯和显示器磁致伸缩材料2Terfenol-D合金，声纳技术磁光材料3光存储技术镝（）的性质与应用Dy提高磁体耐温性特种合金光学材料添加到钕铁硼磁体控制棒材料红外吸收滤光片应用于电动汽车电机高强度铝镝合金发光二极管材料钬（）的性质与应用Ho铒（）的性质与应用Er光纤通信激光材料铒掺杂光纤放大器医疗美容激光器核技术特种玻璃4中子吸收材料粉红色玻璃铥（）的性质与应用Tm便携X射线源Tm-170同位素激光材料产生2μm波长激光微型原子能电池航天器电源镱（）的性质与应用Yb基本特性1原子序数70，密度

6.9g/cm³激光材料2Yb掺杂光纤激光器合金添加剂3提高不锈钢机械性能辐射源4放射性同位素应用镥（）的性质与应用Lu正电子发射断层扫描闪烁晶体Lu-177放射性同位素Lu2SiO5:Ce用于PET扫描仪石油催化裂化破坏分子裂解稀土元素的全球分布与储量中国稀土资源的战略地位资源优势产业发展国际影响全球最大储量六大稀土集团全球供应主导者品种齐全全产业链布局稀土出口战略调控采矿历史悠久技术创新能力增强国际定价权不断增强稀土产业的发展趋势回收利用城市矿山开发替代材料研发减少稀土依赖精深加工高端应用拓展国际合作全球供应链多元化稀土元素的环境影响与可持续利用环境挑战回收技术绿色开采采矿产生放射性污染和酸性废水从废弃电子产品中回收稀土元素减少环境影响的新工艺总结过渡金属与稀土金属的重要性科技创新1前沿技术的关键材料产业支撑2支持新能源、电子等战略产业资源战略3稀缺资源控制与合理利用。