稀土氧化物

稀土氧化物原子結(jié)構(gòu)

稀土元素的原子結(jié)構(gòu)可以用4fx5d16s2 表示，x 從0→14。稀土元素從金屬變成離子后，4f 軌道的外側(cè)仍包圍著5s25p6的電子云，失去6s2 電子及5d1 或4f 失去一個(gè)電子，形成4fx5s25p6的電子結(jié)構(gòu)。在稀土金屬中，6s 電子和5d 電子形成導(dǎo)帶，4f 電子則在原子中定域，這種4f 電子的定域化和不完全填充都將反映在它們的種種物性之中。

4f 電子位于原子內(nèi)層軌道，5s25p6 電子云對其有屏蔽作用，4f 軌道伸展的空間很小，所以受結(jié)晶場、配位體場等的影響很?。慌c此相反，其自旋（MS）與軌道（ML）的相互作用都很大，使得f- f 電子軌道L 與自旋S 相互耦合作用，E4f 分裂成許多能級(jí)有微小差別的能級(jí)亞層，每一個(gè)亞層對映一個(gè)光譜項(xiàng)2s 1L。

稀土元素化合價(jià)有多種價(jià)態(tài)，并存在變價(jià)作用。鈰、釤、銪等在一些化合物中，其原子價(jià)為3 價(jià)、4 價(jià)或2 價(jià)和3 價(jià)共存，而且這種原子價(jià)的變化有的極快，有的極慢，十分引人注目。稀土離子電價(jià)高，半徑大，易受極化，極化強(qiáng)度愈高折射率愈大，在陶瓷顏料中利用稀土離子的高折射率，使裝飾畫面色澤鮮艷。與普通釉彩顏料相比，加入稀土的顏料色澤加深。

從La 到Lu 的稀土元素都容易失掉2 個(gè)6s 電子，1 個(gè)5d電子或4f 電子，形成三價(jià)正離子（4fx5s25p6）,因此稀土元素的氧化物大多是Ln2O3。此外鑭系元素的4f0、4f7、4f14（全空、半充滿、全充滿）電子排列較穩(wěn)定，一般具有該結(jié)構(gòu)型的離子都是無色的。

稀土氧化物光譜特性

在多電子原子中，對于一種確定的電子組態(tài)，可以有幾種不同的S、L、J 狀態(tài)，這些狀態(tài)的自旋（S）、軌道（L）和總角動(dòng)量（J）不同，即包含著電子間相互作用情況不同，因而能量有所不同，原子能級(jí)的高低和S 的大小很有關(guān)系，原子的光譜項(xiàng)用2s 1L 表示。在L- S 耦合的情況下，從同一組態(tài)出現(xiàn)的各個(gè)譜項(xiàng)的能量是有差別的。由于E4f能級(jí)上的電子受電子自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量的相互作用、耦合（L- S）產(chǎn)生了許多能級(jí)亞層，導(dǎo)致了f- f電子躍遷（ΔE=E2- E1=hν），產(chǎn)生了線狀吸收光譜，這種f- f 躍遷導(dǎo)致了對可見光的選擇性地吸收是稀土元素發(fā)光的根本原因。

稀土氧化物三氧化物的顏色

稀土氧化物有多種，如LnO，Ln2O3 和LnO2，其中Ln2O3較常見。隨著原子序數(shù)的遞增，電子被填充在4f 軌道上，其電子結(jié)構(gòu)、離子的價(jià)態(tài)及三價(jià)離子的顏色可去查看相關(guān)資料附表。

稀土離子的4f 亞層被外層（5s2）（5p6）電子殼層所屏蔽，致使4f 亞層受鄰近其它離子的勢場（結(jié)晶場）影響很小，其線狀譜線基本保持自由離子的線狀光譜特征，這與過渡元素的d- d 躍遷不同，d 亞層處于過渡金屬離子的最外層，沒有屏蔽層的保護(hù)，受配位場或晶體場影響較大，譜線不穩(wěn)定，容易造成同一元素在不同化合物中的吸收光譜出現(xiàn)差別，導(dǎo)致顏色不穩(wěn)定。稀土元素的電子能級(jí)和譜線比其它元素豐富多樣，它們在從紫外光、可見光到紅外光區(qū)都有吸收或發(fā)射現(xiàn)象，是非常好的色譜較廣的有色物質(zhì)。2100433B

稀土氧化物氧化鑭

La?O₃ 分子量325.84

白色無定形粉末,密度6.51g/cm³，熔點(diǎn)2217℃，沸點(diǎn)4200℃，微溶于水，易溶于酸而生成相應(yīng)的鹽類。露置空氣中易吸收二氧化碳和水，逐漸變成碳酸鑭。灼燒的氧化鑭與水化合放出大量的熱。

應(yīng)用領(lǐng)域 主要用于制造精密光學(xué)玻璃、高折射光學(xué)纖維板，適合做攝影機(jī)、照相機(jī)、顯微鏡鏡頭和高級(jí)光學(xué)儀器棱鏡等，還用了制造陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑和X射線發(fā)光材料溴氧化鑭粉等。

稀土氧化物氧化鈰

性質(zhì)：鈰的氧化物的總稱。

常見者有三氧化二鈰(dicerium trioxide，Ce₂O₃)和二氧化鈰(cerium dioxide，CeO₂)。在三氧化二鈰與二氧化鈰之間存在相當(dāng)多的氧化物物相，均不穩(wěn)定。三氧化二鈰具有稀土倍半氧化物的六方結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)2210℃，沸點(diǎn)3730℃，對空氣敏感。在一氧化碳?xì)夥罩校?250℃溫度下加熱二氧化鈰和碳粉的混合物即可制得。主要用作催化劑。二氧化鈰是最重要的、具有代表性的鈰的氧化物。具有螢石結(jié)構(gòu)。黃色固體(純品為白色)。熔點(diǎn)2600℃。不溶于水。難溶于硫酸、硝酸。在空氣中加熱鈰、氫氧化鈰(III)或草酸鈰(III)均可制得二氧化鈰。用于鏡頭拋光劑。二氧化鈰在低溫、低壓下形成缺氧物相，例如CenO2n-2(n=4，6，7，9，10，11)，通常呈藍(lán)色。Ce6Oll，藍(lán)色固體。Ce₇O₁₂，在CeO₂晶胞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上短缺七分之一的氧，藍(lán)黑色固體，熔點(diǎn)1000℃(分解)。Ce9O16暗藍(lán)色固體，熔點(diǎn)625℃(分解)。Cel0O18，在CeO2晶脆結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上短缺十分之一的氧，暗藍(lán)色固體，熔點(diǎn)575～595℃(分解)。CellO2O，暗藍(lán)色固體，熔點(diǎn)435℃(分解)。它們在半導(dǎo)體材料、高級(jí)顏料及感光玻璃的增感劑、汽車尾氣的凈化器方面有廣泛應(yīng)用。

稀土氧化物氧化鐠

性質(zhì)：氧化鐠也有多種，其中最穩(wěn)定為Pr6Oll，黑色三斜結(jié)構(gòu)。其余為PrO1.65，體心立方。PrO1.714，斜方，PrO1.800單斜，都為黑色。制備方法同于氧化鈰?？梢杂脕碇苽渥冏璨牧霞邦伭系取?