概述
銩為銀白色金屬,有延展性,質較軟可用刀切開;熔點1545°C,沸點1947°C,密度9.3208。銩在空氣中比較穩定;氧化銩為淡綠色晶體。銩的用途不多,主要是做金屬鹵素燈的添加劑。銀白色金屬,質軟,熔點時具有高的蒸氣壓。溶於酸,能與水起緩慢化學作用。鹽類(二價鹽)氧化物都呈淡綠色。性質
元素名稱:銩
元素原子量:168.9
原子體積:(立方厘米/摩爾):18.1
元素在太陽中的含量:(ppm):0.0002
元素在海水中的含量:(ppm):大西洋表面 0.00000013
晶體結構:晶胞為六方晶胞。
晶胞參數:
a = 353.75 pmb = 353.75 pm c = 555.46 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
地殼中含量:(ppm):0.48
維氏硬度:520MPa
氧化態:Main Tm+3
電離能 (kJ /mol)
M - M+ 596.7
M+ - M2+ 1163
M2+ - M3+ 2285
M3+ - M4+ 4119
相對原子質量:168.934
常見化合價:+3
電負性:1.25
外圍電子排布:4f13 6s2
核外電子排布:2,8,18,31,8,2
同位素及放射線:Tm-168[93.1d] Tm-169 Tm-170[128.6d] Tm-171[1.92y] Tm-172[2.65d]
電子親合和能:0 KJ•mol-1
第一電離能:596.4 KJ•mol-1
第二電離能:1163 KJ•mol-1
第三電離能:0 KJ•mol-1
單質密度: 9.321 g/cm3
單質熔點: 1545.0 ℃
單質沸點: 1727.0 ℃
原子半徑: 2.42 埃
共價半徑: 1.56 埃
稀土金屬的光澤介於銀和鐵之間。雜質含量對它們的性質影響很大,因而載於文獻中物理性質常有明顯差異。鑭在6°K時是超導體。大多數稀土金屬呈現順磁性,釓在0℃時比鐵具有更強的鐵磁性。鋱、鏑、鈥、鉺等在低溫下也呈現鐵磁性。鑭、鈰的低熔點和釤、銪、鐿的高蒸氣壓表現出稀土金屬的物理性質有極大差異。釤、銪、釓的熱中子吸收截面比廣泛用於核反應堆控制材料的鎘、硼還大。稀土金屬具有可塑性,以釤和意為最好。
除鐿外,釔組稀土較鈰組稀土具有更高的硬度。稀土金屬的化學活性很強。當和氧作用時,生成穩定性很高的R2O3型氧化物(R表示稀土金屬)。鈰、鐠、鋱還生成CeO2、Pr6O11、TbO2型氧化物。它們的標準生成熱和標準自由焓負值比鈣、鋁、鎂氧化物的值還大。稀土氧化物的熔點在2000℃以上,銪的原子半徑最大,性質最活潑,在室溫下暴露於空氣中立即失去光澤,很快氧化成粉末。鑭、鈰是、鐠、釹也易於氧化,在表面生成氧化物薄膜。金屬釔、釓、鑥的抗腐蝕性強,能較長時間地保持其金屬光澤。稀土金屬能以不同速率與水反應。銪與冷水劇烈反應釋放出氫。鈰組稀土金屬在室溫下與水反應緩慢,溫度增高則反應加快。釔組稀土金屬則較為穩定。稀土金屬在高溫下與鹵素反應生成+2、+3、+4價的鹵化物。無水鹵化物吸水性很強,很容易水解生成ROX(X表示鹵素)型鹵氧化合物。稀土金屬還能和硼、碳、硫、氫、氮反應生成相應的化合物。
發現
發現人:克利夫(P.T.Cleve)
發現年代:1878年
發現過程:1878年,由克利夫(P.T.Cleve)發現的。
1842年莫桑德爾從釔土中分離出鉺土和鋱土後,不少化學家利用光譜分析鑑定,確定它們不是純淨的一種元素的氧化物,這就鼓勵了化學家們繼續去分離它們。在從氧化餌分離出氧化鐿和氧化鈧以後,1879年克利夫又分離出兩個新元素的氧化物。其中一個被命名為thulium,以紀念克利夫的祖國所在地斯堪的納維亞半島(Thulia),元素符號曾為Tu,今用Tm。隨著銩以及其他一些稀土元素的發現,完成了發現稀土元素第三階段的另一半。
來源及用途
元素來源:由無水氟化銩TmF3用該還原製得;或用金屬鑭與銩氧化物的混合物中蒸氣硫製得。與其他稀土元素共存於矽鈹釔礦、黑稀金礦、磷釔礦和獨居石中。獨居石含稀土元素的質量分數一般達50%,其中銩占0.007%。
元素用途:在核反應中照射169Tm,生成170Tm,半衰期為129天,這個同位素克發射出很強的X射線。用它來製造輕便的,不需電源的手提式X射線機,也用作磷光體活化劑。在攜帶型X射線機上使用放射性銩作射線源,這樣可以不必使用電氣設備。
名稱由來:得名於斯堪的納維亞半島的舊稱“Thule”。
稀土金屬及其合金在煉鋼中起脫氧脫硫作用,能使兩者的含量降低到0.001%以下,並改變夾雜物的形態,細化晶粒,從而改善鋼的加工性能,提高強度、韌性、耐腐蝕性和抗氧化性等。稀土金屬及其合金用於製造球墨鑄鐵、高強灰鑄鐵和蠕墨鑄鐵,能改變鑄鐵中石墨的形態,改善鑄造工藝,提高鑄鐵的機械性能。在青銅和黃銅冶煉中添加少量的稀土金屬能提高合金的強度、延伸率、耐熱性和導電性。在鑄造鋁矽合金中添加1%-1.5%的稀土金屬,可以提高高溫強度。在鋁合金導線中添加稀土金屬,能提高抗張強度和耐腐蝕性。Fe-Cr-Al電熱合金中添加0.3%的稀土金屬,能提高抗氧化能力,增加電阻率和高溫強度。在鈦及其合金中添加稀土金屬能細化晶粒,降低蠕變率,改善高溫抗腐蝕性能。用鈰族混合稀土氯化物和富鑭稀土氯化物製備的微球分子篩,用於石油催化裂化過程。稀土金屬和過渡金屬複合氧化物催化劑用於氧化淨化,能使一氧化碳和碳氫化物轉化為二氧化碳和水。鐠釹環烷—烷基鋁—氯化烷基鋁三元體系催化劑用於合成橡膠。
稀土拋光粉用於各種玻璃器件的拋光。單一的高純稀土氧化物用於合成各種螢光體,如彩色電視紅色螢光粉、投影電視白色螢光粉等螢光材料。稀土金屬碘化物用於製造金屬鹵素燈,代替碳精棒電弧燈作照明光源。用稀土金屬製備的稀土—鈷硬磁合金,具有高剩磁、高矯頑力的優點。釔鐵石榴石鐵氧體是用高純Y2O3和氧化鐵製成單晶或多晶的鐵磁材料。它們用於微波器件。高純Gd2O3用於製備釔鎵石榴石,它的單晶用作磁泡的基片。金屬鑭和鎳製成的LaNi5貯氫材料,吸氫和放氫速度快,每摩爾LaNi5可貯存6.5—6.7摩爾氫。在原子能工業中,利用銪和釓的同位素的中子吸收截面大的特性,作輕水堆和快中子增殖堆的控制棒和中子吸收劑。稀土元素作為微量化肥,對農作物有增產效果。打火石是稀土發火合金的傳統用途,目前仍是鈰組稀土金屬的重要用途。
歷史
銩是稀土金屬中的一種。稀土是歷史遺留的名稱,從18世紀末葉開始被陸續發現。當時人們慣於把不溶於水的固體氧化物稱作土,例如把氧化鋁叫做陶土,氧化鎂叫苦土。稀土是以氧化物狀態分離出來,很稀少,因而得名稀土,稀土元素的原子序數是21(Sc)、39(Y)、57(La)至71(Lu)。它們的化學性質很相似,這是由於核外電子結構特點所決定的。它們一般均生成三價化合物。鈧的化學性質與其它稀土差別明顯,一般稀土礦物中不含鈧。鉕是從鈾反應堆裂變產物中獲得,放射性元素147Pm半衰期2.7年。過去認為鉕在自然界中不存在,直到1965年,荷蘭的一個磷酸鹽工廠在處理磷灰石中,才發現了鉕的痕量成分。中國1968年將鉕劃入64種有色金屬之外。 1787年瑞典人阿累尼斯(C.A.Arrhenius)在斯德哥爾摩(Stockholm)附近的伊特比(Ytterby)小鎮上尋得了一塊不尋常的黑色礦石,1794年芬蘭化學家加多林(J.Gadolin)研究了這種礦石,從其中分離出一種新物質,三年後(1797年),瑞典人愛克伯格(A.G.Ekeberg)證實了這一發現,並以發現地名給新的物質命名為Ytteia(釔土)。後來為了紀念加多林,稱這種礦石為Gadolinite(加多林礦,即矽鈹釔礦)。 1803年德國化學家克拉普羅茲(M.H.Klaproth)和瑞典化學家柏齊力阿斯(J.J.Berzelius)及希生格爾(W.Hisinger)同時分別從另一礦石(鈰矽礦)中發現了另一種新的物質---鈰土(Ceria)。1839年瑞典人莫桑得爾(C.G.Mosander)發現了鑭和鐠釹混合物(didymium)。
1885年奧地利人威斯巴克(A.V.Welsbach)從莫桑得爾認為是“新元素”的鐠釹混合物中發現了鐠和釹。1879年法國人布瓦普德朗(L.D.Boisbauder)發現了釤。1901年法國人德馬爾賽(E.A.Demarcay)發現了銪。1880年瑞士馬利納克(J.C.G.De Marignac)發現了釓。1843年莫桑得爾發現了鋱和鉺。1886年布瓦普德朗發現了鏑。1879年瑞典人克利夫(P.T.Cleve)發現了鈥和銩。1974年美國人馬瑞斯克(J.A.Marisky)等從鈾裂產物中得到鉕。1879年瑞典人尼爾松(L.F.Nilson)發現了鈧。從1794年加多林分離出釔土至1947年製得鉕,歷時150多年。
資源分布
目前世界上已知的稀土礦物及含有稀土元素的礦物有250多種,稀土元素含量較高的礦物有60多種,有工業價值的不到10種。我國稀土資源極其豐富,其特點可概括為:儲量大、品種全、有價值的元素含量高、分布廣。中國稀土的工業儲量(按氧化物計)是國外稀土工業儲量的2.2倍。國外稀土資源集中在美國、印度、巴西、澳大利亞和蘇聯等國,工業儲量(按氧化物計)為701.11萬噸。
化學元素周期表
族→ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 電子層 | 0族電子數 | |
周期↓ | I A | 0 | |||||||||||||||||||
1 | 1 H 氫 | 2 He 氦 | K | 2 | |||||||||||||||||
II A | III A | IV A | V A | VI A | VII A | ||||||||||||||||
2 | 3 Li 鋰 | 4 Be 鈹 | 5 B 硼 | 6 C 碳 | 7 N 氮 | 8 O 氧 | 9 F 氟 | 10 Ne 氖 | L K | 8 2 | |||||||||||
3 | 11 Na 鈉 | 12 Mg 鎂 | 13 Al 鋁 | 14 Si 矽 | 15 P 磷 | 16 S 硫 | 17 Cl 氯 | 18 Ar 氬 | M L K | 8 8 2 | |||||||||||
III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII | I B | II B | ||||||||||||||
4 | 19 K 鉀 | 20 Ca 鈣 | 21 Sc 鈧 | 22 Ti 鈦 | 23 V 釩 | 24 Cr 鉻 | 25 Mn 錳 | 26 Fe 鐵 | 27 Co 鈷 | 28 Ni 鎳 | 29 Cu 銅 | 30 Zn 鋅 | 31 Ga 鎵 | 32 Ge 鍺 | 33 As 砷 | 34 Se 硒 | 35 Br 溴 | 36 Kr 氪 | N M L K | 8 18 8 2 | |
5 | 37 Rb 銣 | 38 Sr 鍶 | 39 Y 釔 | 40 Zr 鋯 | 41 Nb 鈮 | 42 Mo 鉬 | 43 Tc 鎝 | 44 Ru 釕 | 45 Rh 銠 | 46 Pd 鈀 | 47 Ag 銀 | 48 Cd 鎘 | 49 In 銦 | 50 Sn 錫 | 51 Sb 銻 | 52 Te 碲 | 53 I 碘 | 54 Xe 氙 | O N M L K | 8 18 18 8 2 | |
6 | 55 Cs 銫 | 56 Ba 鋇 | 57- 71 鑭系 | 72 Hf 鉿 | 73 Ta 鉭 | 74 W 鎢 | 75 Re 錸 | 76 Os 鋨 | 77 Ir 銥 | 78 Pt 鉑 | 79 Au 金 | 80 Hg 汞 | 81 Tl 鉈 | 82 Pb 鉛 | 83 Bi 鉍 | 84 Po 釙 | 85 At 砹 | 86 Rn 氡 | P O N M L K | 8 18 32 18 8 2 | |
7 | 87 Fr 鍅 | 88 Ra 鐳 | 89- 103 錒 | 104 Rf 鑪 | 105 Db | 106 Sg | 107 Bh | 108 Hs | 109 Mt | 110 Ds 鐽 | 111 Rg 錀 | 112 Uub | 113 Uut | 114 Uuq | 115 Uup | 116 Uuh | 117 Uus | 118 Uuo | |||
鑭系元 素 | 57 La 鑭 | 58 Ce 鈰 | 59 Pr 鐠 | 60 Nd 釹 | 61 Pm 鉕 | 62 Sm 釤 | 63 Eu 銪 | 64 Gd 釓 | 65 Tb 鋱 | 66 Dy 鏑 | 67 Ho 鈥 | 68 Er 鉺 | 69 Tm 銩 | 70 Yb 鐿 | 71 Lu 鑥 | ||||||
錒系元 素 | 89 Ac 錒 | 90 Th 釷 | 91 Pa 鏷 | 92 U 鈾 | 93 Np 鎿 | 94 Pu 鈽 | 95 Am 鎇 | 96 Cm 鋦 | 97 Bk 錇 | 98 Cf 鐦 | 99 Es 鑀 | 100 Fm 鐨 | 101 Md 鍆 | 102 No 鍩 | 103 Lr 鐒 |