稀土元素性质的决定因素和体现
稀土元素的分析化学性质
稀土元素的分析化学性质立志当早，存高远稀土元素的分析化学性质（一）稀土元素的化学性质简述稀土元素位于元素周期表的ⅢB 族，包括钪（Sc）、钇（Y）和镧系元素（Ln）共17 个元素。
Ln 又包括镧（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）和镥（Lu）。
它们的原子序数分别为21,39 和5771。
其中镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕为轻稀土，钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇为重稀土。
稀土元素是典型的金属元素，其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，近似于铝。
稀土金属在空气中不稳定，与潮湿空气接触会被氧化而变色，因此需要保存在煤油中。
稀土金属能分解水，在冷水中作用缓慢，在热水中作用较快，放出氢气。
稀土金属与碱不起作用。
（二）稀土元素主要化合物的性质1．稀土氧化物在稀土分析化学中，稀土氧化物是一类非常重要的化合物。
各种稀土元素标准溶液基本上是用高纯的稀土氧化物配制而成的。
稀土氢氧化物、草酸盐、碳酸盐、硝酸盐及稀土金属在空气中灼烧均可获得稀土氧化物。
经灼烧后，多数稀土元素生成三价氧化物，铈为四价氧化物CeO2，镨为Pr6O11，铽为Tb4O7。
稀土氧化物不溶于水和碱性溶液中，能溶于无机酸（氢氟酸和磷酸除外）。
2．稀土草酸盐稀土草酸盐的溶解度较小，这是草酸盐重量法测定稀土总量的基础。
随着原子序数的增大，稀土草酸盐的溶解度增大，因此当用重量法测定重稀土元素时较轻稀土的误差大。
在800-900℃灼烧稀土草酸盐可使其完全转化为稀土氧化。
元素周期表中稀土元素的特点与应用
元素周期表中稀土元素的特点与应用稀土元素是指原子序数为57至71之间的15种化学元素，它们在元素周期表中位于镧系元素下方的区域。
由于稀土元素具有一系列独特的物理和化学特性，它们在许多领域中具有重要的应用价值。
本文将探讨稀土元素的特点以及它们在不同领域中的应用。
一、稀土元素的特点1. 原子结构：稀土元素的原子结构比较复杂，外层电子结构的变化较小。
随着原子序数的增加，原子半径逐渐减小，原子核电荷增加，电子外层吸引力增强。
2. 磁性：稀土元素中的某些元素，如钕、钆等，表现出较强的磁性。
稀土元素的磁性主要来源于其内部配置的f电子。
这使得稀土元素在制备永磁材料等方面具有重要应用。
3. 化学反应性：稀土元素的化学反应性中等偏弱，容易与非金属元素发生反应，形成稀土化合物。
此外，稀土元素也能形成多种氧化态，具有较强的氧化性。
4. 光谱特性：稀土元素具有丰富的光谱特性，包括可见光和红外线范围。
这些特性使得稀土元素在激光器、荧光材料以及光纤通信等方面有广泛应用。
二、稀土元素的应用1. 电子技术领域：稀土元素在电子技术领域的应用非常广泛。
例如，镧系元素在显示器件中可用作磷光体，发出不同颜色的光，并形成彩色图像。
此外，稀土元素也可用于制备磁记录材料、半导体材料等。
2. 磁性材料：稀土元素在磁性材料中发挥着重要作用。
例如，钕铁硼永磁材料具有较高的磁性能，广泛应用于电机、声音设备、信息存储等领域。
其他稀土元素如铽、铒等也有磁性材料的应用。
3. 催化剂：稀土元素催化剂在化学工业中扮演重要角色。
稀土元素的催化剂可用于石油加工、化学合成、环境保护等各种反应中。
催化剂的加入能够提高反应速率和选择性，降低能量消耗。
4. 光电材料：稀土元素在光电材料方面有广泛应用。
稀土元素的光谱特性可用于制备激光器、荧光粉、发光二极管等器件。
稀土元素的发光稳定性高，具有较长的寿命。
5. 生物医学领域：稀土元素在生物医学领域的应用日益增多。
它们被用作示踪剂、荧光探针、抗肿瘤药物等。
稀土元素化学习题答案
稀土元素化学习题答案1．简要回答下列问题：(1)什么叫稀土元素？什么叫镧系元素？答：稀土元素：镧系元素以及与镧系密切相关的钪(Sc)、钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。
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）等15种元素。
(2) 何谓“镧系收缩”，说明其产生的原因。
答：镧系收缩是指从镧到镥随着原子序数的增加，它们的原子半径、离子半径均逐渐减小的现象。
原因：镧系元素中每增加一个质子，相应的一个电子进入4f轨道，而4f电子对原子核的屏蔽作用与内层电子相比较小，有效核电荷数增加较大，核对最外层电子的吸引力增加。
(3) 为什么镧系元素的电子结构在固态和气态不同？这对元素的特性会造成什么影响？答：金属由气态变为固态，原子间通过金属键的形式结合为金属晶体，该过程价层轨道重叠，由于镧系原子外层轨道的伸展程度是按4f-5d-6s的顺序增大的，即4f轨道的相互重叠比5d、6s轨道困难得多，当镧系元素的原子间形成金属键时，主要是通过6s及5d 轨道的重叠，而4f轨道并不参与。
由于，电子迁跃需要吸收能量（激发能），但迁跃的结果，增加了一个成键电子，可以释放出一份成键能。
对于大多数镧系元素的原子，成键能大于激发能，从而导致4f电子向5d的跃迁。
影响：使镧系金属键的成键电子数除Eu、Yb外其余都为3。
为什么镧系元素彼此间化学性质的差别比锕系元素彼此间的差别要小得多？答：锕系的收缩一般比镧系的收缩要小一些。
(5) 镧系离子的电子光谱同d区过渡金属离子相比有什么不同？为什么？答：镧系离子可以观察到的光谱线大约有30000 条，而具有未充满d电子壳层的过渡金属元素的谱线约有7000条。
镧系离子的电子光谱呈窄的线状，光谱的位移和劈裂受环境的影响较小，而d区过渡金属离子吸收光谱为带状光谱。
稀土材料的化学性质与反应机理探究
稀土材料的化学性质与反应机理探究1. 引言稀土材料是指具有17个化学元素中的镧、铈、铽等稀土元素的化合物。
由于其独特的化学性质和物理性质，稀土材料在许多领域中具有广泛的应用，如电子、光电、医药等。
本文将探究稀土材料的化学性质以及其反应机理。
2. 稀土材料的化学性质稀土材料的化学性质因其成分中的稀土元素不同而有所差异。
一般来说，稀土材料具有以下几个特点：2.1 高度化学活性稀土元素的外层电子结构特殊，具有较高的化学反应活性。
稀土材料可以与氧、氮、硫等元素发生强烈的化学反应，并形成相应的化合物。
这使得稀土材料在合成其他化合物或催化剂中具有重要意义。
2.2 复杂的氧化态稀土元素的氧化态多样，可以存在多种不同的价态。
这种特性使得稀土材料在光电子器件、催化剂等领域中具有独特的应用价值。
稀土材料的氧化态也影响着其反应机理的研究。
2.3 良好的配位能力由于稀土元素的较大离子半径和多个价态，稀土材料具有较强的配位能力。
这使得稀土材料在催化剂、磁性材料、光电子器件等领域中具有广泛的应用。
3. 稀土材料的反应机理稀土材料的反应机理是指稀土材料与其他物质发生化学反应的具体过程和机制。
稀土材料的反应机理涉及多种因素，如氧化态、配位数、溶剂、温度等。
3.1 氧化还原反应机理稀土材料可以参与多种氧化还原反应。
在这些反应中，稀土元素的氧化态发生改变，从而引发反应。
例如，稀土材料可以在催化剂中参与氧气的活化和转化，促进反应的进行。
3.2 配位反应机理稀土材料由于其良好的配位能力，可以与其他物质形成配合物。
这些配合物在催化剂、药物等领域中具有重要的应用价值。
稀土材料的配位反应机理包括配位键的形成和断裂等步骤。
3.3 光催化反应机理稀土材料在光电子器件中广泛应用，其中之一就是光催化反应。
稀土材料的反应机理涉及光激发、电子转移以及物质的吸附等过程。
这些反应机理对于光催化性能的理解和优化至关重要。
4. 结论稀土材料具有高度化学活性、复杂的氧化态和良好的配位能力等化学性质，这使得其在电子、光电、医药等领域具有广泛的应用。
元素周期表中稀土元素的性质差异
元素周期表中稀土元素的性质差异元素周期表是化学家们研究元素性质的重要工具。
其中，稀土元素是元素周期表中的一组特殊元素，它们在化学性质上具有独特的差异。
本文将探讨稀土元素的性质差异，从电子结构、化学反应性和物理性质等方面进行分析。
首先，稀土元素的电子结构对其性质差异起着重要影响。
稀土元素的电子结构特点是4f电子壳层的填充与排布，这是元素周期表中唯一一个电子壳层不完全填满的区域。
由于4f电子壳层的特殊性质，稀土元素的化学性质表现出一系列独特的特点。
例如，稀土元素的离子半径较小，离子化能较高，这使得它们在化学反应中具有较强的还原性和氧化性。
其次，稀土元素的化学反应性也是其性质差异的重要原因之一。
稀土元素的化学反应性主要表现在与氧、水、酸等物质的反应中。
在与氧反应时，稀土元素可以形成氧化物，这些氧化物具有不同的颜色和磁性。
在与水反应时，稀土元素可以生成氢氧化物和氢氧化物溶液，这些溶液在酸碱性和溶解度上也有所不同。
在与酸反应时，稀土元素可以生成相应的盐类，这些盐类的溶解度和稳定性也存在差异。
另外，稀土元素的物理性质也是其性质差异的重要方面。
稀土元素的物理性质主要包括熔点、沸点、密度和磁性等。
稀土元素的熔点和沸点较高，密度也较大，这与其电子结构和原子大小有关。
稀土元素的磁性也具有一定的特点，其中一些稀土元素表现出强磁性，被广泛应用于磁性材料的制备。
此外，稀土元素的性质差异还体现在其与其他元素形成化合物时的特点。
稀土元素与其他元素形成的化合物具有多样的结构和性质。
例如，稀土元素与氧形成的氧化物具有不同的晶体结构和颜色，这使得稀土元素在材料科学和化学工程中具有广泛的应用。
稀土元素的化合物还具有一些特殊的性质，如荧光性、磁性和光学性质等，这些性质在科学研究和工业生产中具有重要的应用价值。
综上所述，元素周期表中的稀土元素在化学性质、物理性质和化合物性质等方面存在着差异。
这种差异主要源于稀土元素的电子结构和化学反应性。
元素周期表中的稀土元素性质解析
元素周期表中的稀土元素性质解析元素周期表是化学家们对元素进行分类和归纳的重要工具。
在这个表中，稀土元素是一组特殊的元素，它们的性质独特而丰富。
本文将对稀土元素的性质进行解析，探讨它们在科学研究和工业应用中的重要性。
稀土元素是指周期表中镧系和锕系两个连续的元素系列。
它们的原子序数从57到71，以及90到103。
稀土元素的共同特点是外层电子结构比较复杂，容易形成稳定的化合物。
这也是为什么稀土元素在许多领域中都有广泛的应用。
首先，稀土元素在材料科学领域中扮演着重要的角色。
由于稀土元素具有特殊的电子结构，它们可以形成多种不同的化合物，这些化合物具有特殊的物理和化学性质。
例如，稀土元素可以用于制备高温超导材料，这些材料在低温下具有极低的电阻。
此外，稀土元素还可以用于制备磁性材料，这些材料在磁场中表现出强磁性。
因此，稀土元素在电子器件和磁性材料的制备中具有重要的应用价值。
其次，稀土元素在环境科学中也发挥着重要作用。
稀土元素在地球化学循环中扮演着重要角色，它们可以作为地球化学指示物来研究地球的演化和环境变化。
此外，稀土元素还可以用于环境污染的治理。
例如，稀土元素可以用作催化剂，促进有害气体的转化和降解。
因此，稀土元素在环境保护和治理中具有重要的应用潜力。
此外，稀土元素还在生物医学领域中发挥着重要作用。
稀土元素可以用于制备生物标记物和荧光探针，用于生物分析和成像。
例如，稀土元素可以用于制备荧光染料，这些染料在细胞和组织中具有较强的荧光信号，可以用于研究生物分子的定位和功能。
此外，稀土元素还可以用于制备荧光探针，用于疾病的诊断和治疗。
因此，稀土元素在生物医学研究和临床应用中具有广阔的前景。
最后，稀土元素还在冶金工业中发挥着重要作用。
稀土元素可以用于制备高强度的合金材料，这些材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性。
此外，稀土元素还可以用于改善金属的熔点和流动性，提高金属的冶炼和加工性能。
因此，稀土元素在冶金工业中具有重要的应用价值。
稀土材料原理知识点总结
稀土材料原理知识点总结一、稀土元素的特性1. 稀土元素的化学性质稀土元素是一组具有相似化学性质的元素，它们在周期表中位于6s26p6下的14个元素，它们具有相似的电子排布和价电子结构，因此具有相似的化学性质。
这使得稀土元素有很多共同的应用领域。
2. 稀土元素的物理性质稀土元素具有很强的磁性和光学性质，这些特性使得稀土元素在磁性材料，光学材料等领域有着广泛的应用。
3. 稀土元素的丰富性尽管稀土元素在地壳中的丰度并不高，但是它们的分布比较均匀，而且存在的总量非常可观。
目前，全球稀土矿主要分布在中国、美国、澳大利亚、巴西等地。
二、稀土材料的磁性1. 稀土磁体的结构稀土磁体主要由稀土元素和过渡金属组成。
稀土元素的4f电子能级在接近费米能级的地方，其相互作用非常强，从而形成了局域磁矩。
而过渡金属元素也具有很强的磁性，两者结合起来形成的磁体具有很强的磁性。
2. 稀土磁体的磁性稀土磁体具有高磁化强度和高磁能积，这些特性使得稀土磁体在磁性材料领域有着广泛的应用，比如用于电机、发电机、传感器等领域。
3. 磁性调控稀土磁体的磁性可以通过调控其组分、结构和工艺来实现。
比如通过改变稀土元素和过渡金属的比例、改变晶格结构、改变烧结工艺等方法，可以调控稀土磁体的磁性，从而满足不同领域的需求。
三、稀土材料的光学性质1. 稀土材料在激光领域的应用稀土元素具有丰富的发射能级和跃迁能级，因此其在激光领域具有广泛的应用。
比如Nd、Yb、Er等稀土元素被广泛应用于固体激光器中。
2. 稀土材料的发光原理稀土材料在受到光激发后会发生电子跃迁，形成发射能级和吸收能级。
当外加激发源不再作用时，这些电子会发生自发辐射，从而产生发光现象。
3. 稀土材料的光谱特性稀土材料的光谱特性主要包括发射光谱和吸收光谱。
通过研究其光谱特性，可以深入了解稀土材料的发光机制和光学性质。
四、稀土材料的电学性质1. 稀土材料在电子器件中的应用稀土元素在电子器件领域也有着广泛的应用，比如用于红外探测器、热释电传感器等。
稀土元素材料的性质和应用研究
稀土元素材料的性质和应用研究稀土元素是指第三个元素系中的17种元素，是近年来研究的热点之一。
这些元素在工业应用中体现出了极大的价值，广泛应用于一些高新技术产品的制造中。
稀土元素材料有着独特的物理、化学和机械性质，是一种重要的高科技材料。
本文将对稀土元素材料的性质进行深入探讨，并分析稀土元素材料在各个领域中的应用研究进展。
一、稀土元素材料的性质1.物理性质稀土元素是自然界中的重要元素之一，除镧系元素外，其他元素都是刚性球状结构，由于其有多个未满的f电子，保持了一种磁体性。
稀土元素具有很高的磁导率，磁滞损耗、磁化强度和矫顽力都很大。
此外稀土元素还具有良好的超导性、半导体性能和热学性质，是制造高温超导材料、半导体材料、热电转换材料等的较好的材料选择。
2.化学性质稀土元素的化学性质比较活泼，耐氧化、耐腐蚀、高硬度，稳定性比较强。
由于稀土元素的成分十分复杂，原子核的电子排布组成对其化学性质有着很大的影响。
不同的元素之间也有着不同的化学反应规律，因此稀土元素相互间的协同作用意义重大。
3.机械性质稀土元素材料的机械性能特点是高硬度、高强度、高韧性、高耐磨性和高渗透性。
这些性能可以使其在工业领域中应用更为广泛。
例如，稀土元素钕可以添加到钢中，提高其的硬度以及防腐蚀能力，在耐久性标准上也得到了更加广泛的应用。
二、稀土元素材料的应用研究稀土元素的应用研究可以分为多个领域，如通讯技术、磁性材料、光电材料、半导体材料、能源材料、汽车生产等。
1.磁性材料稀土元素材料中，磁性材料是应用最为广泛的一类，主要的应用领域包括电子、通讯、电气、冶金、汽车、医疗、航天等。
其中最常用的是钕铁硼磁体材料。
它是一种高性能磁性材料，具有高能量密度、高饱和磁通量、高励磁场强度和良好的抗腐蚀性能等优点。
钕铁硼磁体材料广泛应用于用于制造电机、计算机硬盘等电子产品等中，成为了该领域中的主流材料。
2.光电材料稀土元素材料还被广泛用于制造光电材料。
比如在半导体中的应用，稀土元素所带来的原子结构特征和磁学性能等，在光电半导体器件中的作用成为研究的热点。
稀土材料的结构与性能相关性分析
稀土材料的结构与性能相关性分析引言稀土材料是指由稀土元素组成的合金或化合物材料。
由于稀土元素具有特殊的电子结构和化学性质，所以稀土材料在许多领域具有重要的应用价值。
稀土材料的结构以及其与性能之间的相关性是研究人员关注的焦点之一。
在本文中，我们将深入探讨稀土材料的结构与性能之间的相关性，并分析这种相关性对稀土材料的应用和发展的影响。
稀土材料的结构特点稀土元素的电子结构决定了稀土材料具有独特的结构特点。
稀土元素的电子排布具有内层完全填满的5s电子和外层不完全填满的4f电子。
这种电子排布导致了稀土元素的特殊化学性质，例如高反磁性、特殊的磁性行为以及丰富的氧化态。
稀土元素的电子结构直接影响了稀土材料的晶体结构和晶格畸变。
稀土材料通常具有复杂的晶体结构。
一些常见的稀土材料包括氧化物、硼化物和硅化物。
这些材料通常具有高度有序的晶体结构，例如岩盐型、草石型和针铁矿型等。
稀土材料的结构特点对其性能具有重要影响。
稀土材料的性能与结构的相关性稀土材料的性能与其结构之间存在着紧密的相关性。
具体来说，稀土材料的电子结构、晶体结构和晶格畸变都会直接影响其磁性、光学性质和电学性质等。
1.磁性稀土材料的磁性是其最重要的性能之一。
稀土元素的4f电子在晶体中形成了独特的磁矩，因此稀土材料通常具有较强的磁性。
稀土材料的磁性主要由其电子结构和晶体结构决定。
例如，稀土材料中4f电子的排布方式会影响其磁矩的大小和方向，从而影响磁性的强度和磁化曲线的形状。
此外，稀土材料的晶体结构和晶格畸变也会对其磁性产生影响。
一些稀土材料通过调控晶格畸变来实现磁性的调控，从而实现一些特殊的磁性行为，例如多铁性和自旋玻璃行为。
2.光学性质稀土材料的光学性质是其在激光器、发光材料和光电器件等领域应用中的关键性能之一。
稀土材料具有丰富的谱线，可以发射出特定波长的光。
稀土材料的光学性质主要由其电子结构和晶体结构决定。
稀土材料中4f电子的能级结构决定了其能够吸收和发射的光的波长和强度。
稀土元素的特性与应用
稀土元素的特性与应用稀土元素是指周期表中的镧系元素和钪系元素，共计17种元素。
它们的特性独特而丰富，因此在许多领域都有广泛的应用。
本文将探讨稀土元素的特性以及它们在不同领域中的应用。
首先，稀土元素具有较高的原子序数和较复杂的电子结构，这使得它们具有独特的化学性质。
稀土元素的化合物通常具有良好的稳定性和高度的磁性。
其中，铽和钆是最具磁性的元素，被广泛应用于磁性材料的制备。
稀土元素还具有良好的光学特性，如荧光和发光。
这些特性使得稀土元素在荧光粉、激光和光纤通信等领域有着重要的应用。
其次，稀土元素在催化剂领域也有广泛的应用。
稀土催化剂具有高催化活性和选择性，能够在低温下催化一些复杂的化学反应。
例如，钇系稀土元素催化剂在汽车尾气净化中起着重要作用。
此外，稀土元素还可用于制备高温超导材料。
铈和钇是最常用的稀土元素，它们的化合物具有良好的超导性能，被广泛应用于能源和电子领域。
稀土元素在磁性材料和催化剂领域的应用已经被广泛研究和应用，但是在其他领域，如生物医学和环境保护等方面，稀土元素的应用还有待进一步开发和探索。
例如，稀土元素在医学影像学中的应用已经取得了一些突破。
铒和铽等稀土元素的化合物具有良好的对比度和荧光特性，可以用于MRI和荧光显微镜等医学影像技术。
此外，稀土元素还具有一定的抗肿瘤活性，被用于抗癌药物的研发。
在环境保护领域，稀土元素的应用也引起了人们的关注。
稀土元素在水处理和废物处理中具有良好的吸附能力和催化活性。
它们可以用于去除水中的重金属离子和有机污染物，净化环境。
此外，稀土元素还可以用于制备高效的太阳能电池和燃料电池，促进可再生能源的发展。
总之，稀土元素由于其独特的特性，在多个领域有着广泛的应用。
无论是在磁性材料、催化剂、生物医学还是环境保护领域，稀土元素都发挥着重要的作用。
随着科学技术的进步和人们对可持续发展的需求，稀土元素的应用前景将会更加广阔。
我们有理由相信，在未来的日子里，稀土元素将会继续为人类的进步和发展做出更大的贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
稀土元素性质的决定因素和体现
吴秀萍
上海交通大学 F0511002班 5051109030
摘要：稀土元素的性质十分相似，这与它们原子和离子特有的电子结构和半径大小有关，稀土元素在各方面的应用充分体现了它们的性质。
关键词：电子组态磁性光谱特性
引言：稀土元素的发现至今已经经历了一个漫长的时期，人们对稀土元素独特的化学性
质和物理性质的认识，也经历了一个逐渐深入的过程，因此能合理充分地应用稀土元素。
1 稀土元素的定义
稀土元素是指周期表中第57（镧）到71（镥）号原子序的镧系元素，以及第三副族中的钪和钇共17个元素，它们在自然界中共同存在，性质非常相似。
由于这些元素发现的比较晚，又难以分离出高纯的状态，最初得到的是元素的氧化物，它们的外观似土，所以称它们为稀土元素。
［1］
2 稀土元素性质的决定因素
稀土元素的性质非常相似，但彼此之间又有一些差别，这都是由它们的原子和离子的电子结构，以及半径大小所决定的。
2.1 稀土元素原子和离子的电子结构特征
电子结构特征是由电子组态来描述的。
电子组态是由主量子数n和角量子数l所规定的一种原子或离子中电子排布方式。
电子组态用符号 nl表示。
根据能量最低原理，镧系元
素原子的基态电子组态由两种类型：［Xe］4f6s和［Xe］4f5d6s。
当原子受热或电磁辐射的激发，分别失去它们的5d6s或4f6s三个外层电子之后，都变成正三价的离子。
当4f轨道处于全空、半充满和全充满时，离子是较稳定的，所以镧、钆、镥的正三价离子是最稳定的。
原子序比镧大1或2的铈、镨，比钆大1的铽原子，也倾向于多电离出1或2个4f电子，变成稳定的正4价的离子。
原子序比钆、镥小1或2的钐、铕、镱，也倾向于少电离出1或2个电子，变成具有半充满或全充满的4f轨道，形成稳定的正2价的离子。
2.2 稀土元素的原子半径和离子半径
镧系元素随着原子序的增加，核电荷相应增加，电子依次填入4f内层，而外层保持不变。
因为4f电子的径向分布不可能完全屏蔽核电荷对外层电子的引力，核电荷的增加对外层电子的引力也增大，因而造成镧系元素原子和正三价离子半径也随之减小，这就是“镧系收缩”现象。
3 稀土元素的应用
近年来，稀土元素在工业，农业各产业领域以及在科学技术个方面的应用，由少到多，由局限到广泛，由粗放到精细一步步地发展起来。
3.1 稀土元素在激光和发光材料中的应用
激光和发光材料是由作为基质的化合物和掺杂在其中的激活剂离子组成的，其中基质和激活剂主要是稀土元素离子和化合物［2］。
由此可见，在激光和发光工作物质中，稀土元素是很重要的组成元素。
3.1.1 性质体现：光谱特性
稀土元素在激光和发光材料中的应用主要是利用了其光谱的特性。
这一特性主要是由稀土元素的特有的电子组态结构决定的。
这类电子组态结构的特点：（1）4f壳层是深藏在5s5p 轨道的里面，电子外壳层对4f电子起着屏蔽作用，使它较少受到外场的影响。
化合物中
Ln离子4f电子能级内的跃迁和发射，都呈锐线状，而且和它们的原子光谱相似；（2）
除了4f电子能级内的跃迁辐射之外，因为4f能级和5d及6s能级距离相近，正三价的镧系离子也可以产生4f-5d和4f-6s能级间的跃迁辐射；（3）由于4f电子受到5s5p轨道的屏蔽，受外场影响小，所以呈球状，化学性质与碱土金属相似。
［1］
由于镧系离子具有未充满的4f壳层以及4f电子的自旋轨道偶合作用，加上4f、5d、6s电子能量比较相近，产生数目很多的能级。
镧系离子的吸收光谱或激发光谱，来源于f组态内的电子跃迁，即f-f跃迁；组态间的能级跃迁，即4f-5d、4f-6s、4f-6p等跃迁；还有电荷迁移跃迁，即配体离子的电子向三价离子的跃迁。
从高能级向低能级的跃迁就产生相应的发射光谱。
［1］
正是由于它们所表现出来的丰富的分离能级和长寿命的激发态，能级之间的跃迁通道可能多达20万个，因此稀土离子可以产生多种的跃迁发射和吸收，可以组成各种光谱的发光材料和激光材料。
那些4f能级全空、半空和全满的离子，本身虽然在可见光区没有相应的跃迁吸收和发射，但它们吸收和传递辐射能的能力很强，因此是组成发光材料基质化合物的材料。
3.2 稀土元素在磁性材料中的应用
稀土金属与某些3d过渡金属生成的金属间化合物，具有优异的永磁特性，最大磁能积是传统的永磁材料的5-10倍。
稀土永磁材料可以分为三类：（1）稀土钴永磁材料；（2）稀土铁永磁材料：（3）稀土铁氮系和稀土铁碳系。
稀土永磁材料的研制和开发具有重大的学术意义和经济价值。
［2］
3.2.1 性质体现：磁性
这些应用都体现了稀土元素的磁性的性质。
物质的磁性是物质对外界磁场的反应，从微观角度来看是由于物质中带电粒子的运动所形成的元磁矩，即原子磁矩和分子磁矩，当这些元磁矩取向有序时，物质便产生磁性。
由于核的磁效应比电子的磁效应小三个数量级，所以电子时物质磁性的主要负载者。
电子的磁矩分别起源于电子的轨道运动和自旋运动。
稀土元素三价离子除了La、Lu、Sc、Y 都具有不成对的电子，因此都具有顺磁性，而且他们的磁矩比d过渡元素离子的磁矩大。
他们的磁矩决定于基态总角动量的大小。
由于不成对的4f电子受到5s5p壳层的屏蔽，化合物中稀土三价离子的磁矩受配位环境的影响较小，与离子的理论磁矩相近。
非三价离子的磁矩与等电子的三价离子的磁矩也相近。
稀土金属的4f电子处于内层，其外层三个价电子为传导电子，因此大多数稀土金属的有效磁矩和失去三个电子的三价稀土离子的磁矩几乎相同。
［3］
结论：稀土元素这一大家族因其特有的性质，在各领域都作出了卓著的贡献。
参考文献：［1］《稀土元素化学》
［2］《稀土元素的应用》
［3］《稀土化学》。