過(guò)渡金屬與稀土金屬概述過(guò)渡金屬與稀土金屬是現(xiàn)代材料科學(xué)與工業(yè)的基石這些元素?fù)碛歇?dú)特的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)在高科技領(lǐng)域具有不可替代的戰(zhàn)略價(jià)值過(guò)渡金屬的定義與特征定義d區(qū)元素，電子填充d軌道特征可變化合價(jià)，形成有色化合物重要性催化劑，合金，工業(yè)材料基礎(chǔ)過(guò)渡金屬在元素周期表中的位置1第一過(guò)渡系第4周期，Sc到Zn2第二過(guò)渡系第5周期，Y到Cd3第三過(guò)渡系第6周期，La和Hf到Hg過(guò)渡金屬的電子構(gòu)型外層電子構(gòu)型(n-1)d1?1?ns1?2d電子特點(diǎn)能量相近，易失去或共享d軌道分裂配位場(chǎng)理論的基礎(chǔ)過(guò)渡金屬的物理性質(zhì)高熔點(diǎn)W熔點(diǎn)達(dá)3422°C高密度Os密度達(dá)22.6g/cm3強(qiáng)導(dǎo)電性Ag導(dǎo)電性最佳好延展性Au可軋制成薄膜過(guò)渡金屬的化學(xué)性質(zhì)氧化態(tài)多變Mn的氧化態(tài)從+2到+71催化活性Pt、Pd催化加氫反應(yīng)2配位能力形成穩(wěn)定配合物3有色化合物d-d電子躍遷產(chǎn)生色彩4第一過(guò)渡系元素概覽元素符號(hào)原子序數(shù)主要用途鈧Sc21航空合金鈦Ti22輕質(zhì)高強(qiáng)合金釩V23鋼鐵添加劑鉻Cr24不銹鋼錳Mn25脫氧劑第二過(guò)渡系元素概覽釔(Y)原子序39，用于紅色熒光粉鋯(Zr)原子序40，核反應(yīng)堆材料鉬(Mo)原子序42，高溫合金和催化劑鈀(Pd)原子序46，氫氣存儲(chǔ)和催化劑第三過(guò)渡系元素概覽1貴金屬Au,Pt,高價(jià)值2重金屬W,Os,Re,高密度高熔點(diǎn)3常用金屬Hf,Ta,工業(yè)應(yīng)用廣泛鐵族元素（Fe、Co、Ni）的特性鐵(Fe)地殼豐度高磁性強(qiáng)鋼鐵工業(yè)基礎(chǔ)鈷(Co)強(qiáng)磁性硬質(zhì)合金鋰電池正極材料鎳(Ni)耐腐蝕電鍍應(yīng)用氫化反應(yīng)催化劑鉑族元素（Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt）的特性1高貴性化學(xué)穩(wěn)定性極高2高催化活性汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器3高稀有性地殼含量極低過(guò)渡金屬的配位化學(xué)八面體配合物六個(gè)配位基團(tuán)環(huán)繞中心金屬平面四方形配合物特征d?構(gòu)型如Pt(II)四面體配合物常見(jiàn)于d1?構(gòu)型如Zn(II)過(guò)渡金屬的催化作用吸附反應(yīng)物吸附于金屬表面活化削弱化學(xué)鍵反應(yīng)形成新化學(xué)鍵脫附產(chǎn)物離開(kāi)催化劑表面過(guò)渡金屬在工業(yè)中的應(yīng)用鋼鐵冶金催化劑電子材料電池材料其他過(guò)渡金屬在生物體中的作用鐵(Fe)血紅蛋白，氧氣運(yùn)輸鋅(Zn)鋅指蛋白，DNA結(jié)合銅(Cu)氧化酶，電子傳遞稀土元素的定義與分類定義鑭系元素加鈧和釔輕稀土鑭到銪，豐度較高重稀土釓到镥，豐度較低稀土元素在元素周期表中的位置鑭系元素概覽1原子序數(shù)從57(La)到71(Lu)2電子構(gòu)型4f軌道逐漸填充3化學(xué)性質(zhì)相似性大，分離困難4應(yīng)用領(lǐng)域磁性材料、發(fā)光材料、催化劑鈧和釔的特性鈧(Sc)周期表第3族首元素輕質(zhì)高強(qiáng)度應(yīng)用于航空合金釔(Y)化學(xué)性質(zhì)類似鑭用于紅色熒光粉高溫超導(dǎo)材料組分共同特點(diǎn)與鑭系元素共存化學(xué)行為相似稀土元素的電子構(gòu)型1外層電子構(gòu)型5d16s2或4f^n6s224f軌道填充從Ce(4f1)到Lu(4f1?)34f電子特點(diǎn)被外層電子屏蔽，不參與成鍵4異常電子排布部分元素存在特殊電子排布(如Gd)稀土元素的物理性質(zhì)稀土元素的化學(xué)性質(zhì)氧化性活潑，易形成三價(jià)氧化物配位能力配位數(shù)高，達(dá)到8-12氧化態(tài)主要為+3，部分元素有+2或+4態(tài)鑭系收縮現(xiàn)象現(xiàn)象原子半徑和離子半徑隨原子序數(shù)增加而減小La到Lu，半徑減小約0.15?原因4f電子對(duì)核電荷屏蔽效應(yīng)弱有效核電荷增加，電子云收縮影響導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)隨序數(shù)變化重稀土分離比輕稀土容易稀土元素的氧化態(tài)元素常見(jiàn)氧化態(tài)特殊氧化態(tài)穩(wěn)定性Ce+3+4Ce??較穩(wěn)定Eu+3+2Eu2?較穩(wěn)定Tb+3+4Tb??在固態(tài)穩(wěn)定Yb+3+2Yb2?較穩(wěn)定稀土元素的磁性最強(qiáng)磁性強(qiáng)度釹鐵硼磁體是最強(qiáng)永磁體4f來(lái)源未成對(duì)4f電子貢獻(xiàn)磁矩Gd最大磁矩釓有7個(gè)未成對(duì)電子稀土元素的光學(xué)性質(zhì)4f-4f躍遷產(chǎn)生銳線發(fā)射熒光特性發(fā)射特定波長(zhǎng)光顏色多樣不同元素發(fā)射不同顏色能量轉(zhuǎn)換上轉(zhuǎn)換、下轉(zhuǎn)換發(fā)光稀土元素的分離與提取礦石選擇主要礦石：獨(dú)居石、氟碳鈰礦酸浸析用強(qiáng)酸溶解礦石溶劑萃取利用分配系數(shù)差異分離離子交換進(jìn)一步提純分離稀土元素在冶金工業(yè)中的應(yīng)用鋼鐵工業(yè)提高鋼材性能，細(xì)化晶粒鎂合金提高耐熱性和抗蠕變性鋁合金提高強(qiáng)度和耐腐蝕性稀土元素在磁性材料中的應(yīng)用1磁特性原理未成對(duì)4f電子貢獻(xiàn)大磁矩2主要材料釹鐵硼、釤鈷永磁材料3應(yīng)用領(lǐng)域風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車、硬盤驅(qū)動(dòng)器稀土永磁材料：釹鐵硼超強(qiáng)磁性最強(qiáng)永磁體溫度性能添加Dy提高耐溫性廣泛應(yīng)用電機(jī)、發(fā)電機(jī)、醫(yī)療設(shè)備稀土元素在發(fā)光材料中的應(yīng)用三基色熒光粉紅色：Eu3?綠色：Tb3?藍(lán)色：Eu2?LED熒光粉白光LED：鈰摻雜釔鋁石榴石發(fā)光效率高安全標(biāo)識(shí)防偽印刷安全標(biāo)記稀土元素在催化劑中的應(yīng)用汽車尾氣凈化催化劑鈰基氧儲(chǔ)存材料石油催化裂化鑭系元素穩(wěn)定沸石分子篩有機(jī)合成反應(yīng)路易斯酸催化劑稀土元素在玻璃工業(yè)中的應(yīng)用稀土元素在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用顏料鈰：黃色鐠：綠色釹：紫色結(jié)構(gòu)陶瓷釔穩(wěn)定氧化鋯高強(qiáng)度、高韌性功能陶瓷壓電陶瓷熱障涂層稀土元素在電子工業(yè)中的應(yīng)用電容器高介電常數(shù)材料硬盤驅(qū)動(dòng)器釹鐵硼磁頭執(zhí)行器顯示器熒光粉顯色技術(shù)稀土元素在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電永磁發(fā)電機(jī)，提高效率1混合動(dòng)力汽車電機(jī)、電池材料2太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換上轉(zhuǎn)換材料提高效率3燃料電池釤摻雜氧化鈰電解質(zhì)4稀土元素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用磁共振成像釓造影劑增強(qiáng)對(duì)比度放射治療釔-90放射性同位素治療腫瘤牙科材料鈰穩(wěn)定氧化鋯牙冠診斷試劑稀土標(biāo)記免疫分析稀土元素在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)用使用元素效果肥料添加劑La,Ce,Nd混合促進(jìn)作物生長(zhǎng)種子處理Ce,La溶液提高發(fā)芽率動(dòng)物飼料La,Ce化合物促進(jìn)生長(zhǎng)，提高免疫力植物保護(hù)稀土氧化物增強(qiáng)抗病蟲害能力稀土元素在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用污水處理稀土基吸附劑去除重金屬尾氣凈化鈰基三效催化劑水質(zhì)監(jiān)測(cè)稀土發(fā)光材料檢測(cè)污染物過(guò)渡金屬與稀土元素的相互作用合金形成形成化合物和固溶體顯著改變物理性質(zhì)電子結(jié)構(gòu)互補(bǔ)d電子與f電子相互作用產(chǎn)生特殊磁性和電子性質(zhì)協(xié)同催化催化活性增強(qiáng)提高選擇性和穩(wěn)定性稀土-過(guò)渡金屬合金的性質(zhì)與應(yīng)用磁性材料SmCo5、Nd2Fe14B永磁體儲(chǔ)氫材料LaNi5合金，用于儲(chǔ)能形狀記憶合金鑭-鐵-鋁合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料稀土鋼，提高強(qiáng)度和耐熱性鑭（La）的性質(zhì)與應(yīng)用高折射光學(xué)玻璃照相機(jī)鏡頭，望遠(yuǎn)鏡鎳氫電池LaNi5儲(chǔ)氫合金石油裂化催化劑提高裂化效率鈰（Ce）的性質(zhì)與應(yīng)用催化劑拋光材料玻璃添加劑合金元素其他鐠（Pr）的性質(zhì)與應(yīng)用永磁材料與釹配合用于NdFeB磁體1光學(xué)玻璃添加氧化鐠呈黃綠色2陶瓷顏料制備黃色和綠色顏料3電子元件固態(tài)電容器材料4釹（Nd）的性質(zhì)與應(yīng)用最強(qiáng)永磁材料釹鐵硼永磁體紫色玻璃著色激光玻璃和濾光片高效電機(jī)應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車釤（Sm）的性質(zhì)與應(yīng)用1高溫永磁材料SmCo5和Sm2Co172中子吸收劑核反應(yīng)堆控制棒3紅外吸收玻璃特種光學(xué)濾光片銪（Eu）的性質(zhì)與應(yīng)用紅色熒光粉Eu3?發(fā)射紅光，用于顯示器藍(lán)色熒光粉Eu2?發(fā)射藍(lán)光，用于LED防偽技術(shù)歐元紙幣熒光防偽釓（Gd）的性質(zhì)與應(yīng)用磁性材料居里溫度接近室溫磁共振造影劑Gd-DTPA增強(qiáng)MRI對(duì)比度中子吸收材料核反應(yīng)堆安全材料鋱（Tb）的性質(zhì)與應(yīng)用1綠色熒光粉節(jié)能燈和顯示器2磁致伸縮材料Terfenol-D合金，聲納技術(shù)3磁光材料光存儲(chǔ)技術(shù)鏑（Dy）的性質(zhì)與應(yīng)用提高磁體耐溫性添加到釹鐵硼磁體應(yīng)用于電動(dòng)汽車電機(jī)特種合金控制棒材料高強(qiáng)度鋁鏑合金光學(xué)材料紅外吸收濾光片發(fā)光二極管材料鈥（Ho）的性質(zhì)與應(yīng)用鉺（Er）的性質(zhì)與應(yīng)用光纖通信鉺摻雜光纖放大器激光材料醫(yī)療美容激光器特種玻璃粉紅色玻璃核技術(shù)中子吸收材料4銩（Tm）的性質(zhì)與應(yīng)用便攜X射線源Tm-170同位素激光材料產(chǎn)生2μm波長(zhǎng)激光微型原子能電池航天器電源鐿（Yb）的性質(zhì)與應(yīng)用1基本特性原子序數(shù)70，密度6.9g/cm32激光材料Yb摻雜光纖激光器3合金添加劑提高不銹鋼機(jī)械性能4輻射源放射性同位素應(yīng)用镥（Lu）的性質(zhì)與應(yīng)用正電子發(fā)射斷層掃描Lu-177放射性同位素閃爍晶體Lu2SiO5:Ce用于PET掃描儀石油催化裂化破壞分子裂解稀土元素的全球分布與儲(chǔ)量中國(guó)稀土資源的戰(zhàn)略地位資源優(yōu)勢(shì)全球最大儲(chǔ)量品種齊全采礦歷史悠久產(chǎn)業(yè)發(fā)展六大稀土集團(tuán)全產(chǎn)業(yè)鏈布局技術(shù)創(chuàng)新能力增強(qiáng)國(guó)際影響全球供應(yīng)主導(dǎo)者稀土出口戰(zhàn)略調(diào)控國(guó)際定價(jià)權(quán)不斷增強(qiáng)稀土產(chǎn)