元素周期表元素英文.ppt

第三主族及第三副族稀土元素稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La )、铈(Ce )、镨(Pr )、钕(Nd )、钷(Pm )、钐(Sm )、铕(Eu )、钆(Gd )、铽(Tb )、镝(Dy )、钬(Ho )、铒(Er )、铥(Tm )、镱(Yb )、镥(Lu ),以及与镧系的 15 个元素密切相关的元素——钪(Sc) 和钇(Y) 共 17 种元素,称为稀土元素。稀土元素的共性是: ①它们的原子结构相似; ②离子半径相近( REE3+ 离子半径 × 10- 10m~ × 10-10m , Y3+ 为 × 10- 10m ); ③它们在自然界密切共生。钪( Sc ), 21 号元素,是一种柔软、银白色的过渡性金属。主要化合价为氧化态+3 价。钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。钪 scandium [英][?sk? ndi ? m][ 美][?sk? ndi ? m] 被空气氧化时略带浅黄色或粉红色。钪容易风化和大多数稀酸中缓慢溶解。它不与硝酸( HNO3 )和氢氟酸( HF ) 1:1 混合物反应,可能是由于形成了一个不渗透的钝化层。人体影响钪单质被认为是无毒。钪化合物的动物试验已经完成, 氯化钪的半数致死量已被确定为 4毫克/公斤腹腔和 755 毫克/千克口服给药。从这些结果看来钪化合物应处理为中度毒性化合物。[1] [5] 照明钪的用途都集中在很光明的方向。钪钠灯太阳能光电池γ射线源神奇调料上面说了钪的一些应用,不过,因为价格高昂,考虑到成本在工业产品里很少会用到很大数量钪和钪的化合物,都是像灯泡里那样薄薄的一层钪箔之类的用法。而在更多一些领域, 钪和钪的化合物更是被作为神奇的调料使用,好像大厨手中的盐、糖或味精,只需要一星半点,就有画龙点睛的作用。[6] 单质形式的钪,已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成 Al3Sc 新相,对铝合金起变质作用,使合金的结构和性能发生明显变化。加入 %~% 的 Sc (这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多,只需要那么一点)可使合金的再结晶温度提高 150~200 ℃,且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高, 并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等,在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。钪也是铁的优良改化剂,少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。另外,钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。当然,除了为他人做嫁衣裳之外,因为钪具有较高熔点,而其密度却和铝接近,也被应用在钪钛合金和钪镁合金这样的高熔点轻质合金上,但是这样的稀罕东西恐怕只有航天飞机和火箭上才舍得用了,要是拿来做自行车架子,这个价值摆出去恐怕一天能被偷上二三十次。[6] 单质的钪一般应用于合金,而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固体氧化物燃料电池电极材料的四方相氧化锆陶瓷材料有一种很特别的性质,在这种电解质的电导会随着温度和环境中氧的浓度增高而增大。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在,不具有工业价值;必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入 6~10% 的氧化钪就好像混凝土结构一样,让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。还有像给高强度,耐高温的工程陶瓷材料氮化硅做增密剂和稳定剂。氧化钪作为增密剂,可以在细小颗粒的边缘生成难熔相 Sc2Si2O7 ,从而减小工程陶瓷的高温变形性,与添加其它氧化物相比能更好改善氮化硅的高温机械性能。在高温反应堆核燃料中 UO2 加入少量 Sc2O3 可避免因 UO2 向 U3O8 转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。同样,在镍碱电池中加入 %~25% 的钪,会增加使用寿命。在农业上可以对玉米甜菜豌豆小麦向日葵等种子做硫酸钪(浓度一般为 10-3~10-8mol/L 不同的植物会有所不同)处理,已取得促进发芽的实际效果, 8小时后根和芽的干燥重量和幼苗相比,分别增加 37% 和 78% ,但原因机理尚在研究中。[6] 在有机化学上钪也并非默默无闻,不过在有机反应里面钪的作用虽然同样是一种调料,却和在无机材料里面用于掺杂不同,而是被作为催化剂使用。 Sc2O3 可用于乙醇或异丙醇脱水和脱氧、乙酸分解,由 CO 和 H2 制乙烯等等中。含 Sc2O3 的 Pt-Al 催化剂更是在石油化工中作为重油氢化提净,精炼流程的重要催化剂。而在诸如异丙苯催化裂化反应中, Sc-Y 沸石催化剂比硅酸铝的活性大 1000 倍;和一些传统的催化剂比起来,钪催化剂的发展前景将是很光明的。[6] 从尼尔森注意到原子量数据的亏欠到今天,钪