稀土元素地球化学
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。
地球化学 (14)
REE的较大半径削弱着共价键性和静电的相互作 用， 成为阻止REE形成稳定络合物的主要因素之 一。溶液中三价REE离子能同CO23-，Br+，I-， NO3-和SO42-等组成离子对，形成碳酸盐，硫酸盐， 氯化物和氟化物型络合物. ；
在富CO2溶液中REE极活动。 实验证明HREE在共 存硅酸盐和碳酸盐熔体(岩浆熔离)之间优先富集于 碳酸盐熔体中；在共存富CO2蒸气相中REE更加富 集；
尽管REE化学行为相似， 还是能通过某些成岩和 成矿过程发生彼此分离。这是因电子构型对它们 离子价态和半径施加影响的结果，也与REE在造 岩矿物配位多面体类型众多和大小变化有关。
2. REE价态
REE是强正电性元素， 以离子键为特征， 只含极 少共价成分。电离顺序是先移去6s亚层上两个电 子，然后丢失1个5d或4f电子，因为5d和4f电子在 能量上相对接近于1个6s电子。设想再从4f移去1 个，即第4个电子，但是这个电子电离能太高， 不易移去。因此REE在化学和地球化学上均显示 三价离子状态，只有Eu和Yb可呈2价， Ce和Tb可 呈4价。原因：Eu2＋和Tb4＋具有半充满4f亚层， Yb2＋具有全充满4f亚层，Ce4＋具有贵气体氙(Xe) 电子构型，这些电子构型可以提高该价态离子的 稳定性。
变价离子(Eu，Ce等)不同价态的比例取决于 体系的成分、氧逸度、温度和压力；
3．REE的配位和离子半径
矿物中REE占据多种多样的配位多面体，从六次 到十二次，甚至更高的配位均有。较小的稀土元 素占据六次配位位置，但这种情况在矿物中少见。
一般REE在矿物中的配位要大些，最常见的配位 是七次到十二次，如榍石中为七次，锆石中为八 次，独居石中为九次，褐帘石中为十一次和钙钛 矿中为十二次。
稀土元素分配型式及地球化学参数的计算
一、实习目的由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径及化合价的相似性，导致它们在自然界中常常紧密共生在一起。
因镧系收缩的缘故，使得稀土元素的离子半径从La→Lu逐渐减小，于是在岩浆过程中，这些元素在固相和液相间的分配呈现出明显的规律性变化。
Ce和Eu在自然界具有变价（Ce4+、Eu2+）的特征，Ce 和Eu的相对富集与亏损程度往往反映了特殊的地质背景。
本次实习要求掌握稀土元素的计算和作图方法，理解稀土元素的富集程度、分馏程度的地质意义，掌握Eu的亏损与富集的地质背景。
二、实习内容某地区的岩浆岩种类极为发育（表1—１和表1—２），请画出各岩类的稀土配分曲线图、结合稀土元素参数进行地质过程分析。
两种方法所得到的稀土元素参数表1—1 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：１－橄榄苏长岩，２－钾长花岗岩，３－H型花岗岩，４－A型花岗岩，５－石英闪长岩(M型花岗岩)。
稀土元素由某单位等离子光谱方法分析。
表1—2 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：表中数据由中子活化方法分析一、基本原理稀土元素通常指的是镧系元素的(La 、Ce 、Pr 、Nd 、Pm 、Sm 、Eu 、Gd 、Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Tm 、Yb 、Lu ，其中Pm 在自然界无天然同位素)，由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径（RE 3+变化于0.86Å—1.14Å）及化合价的相似性使得它们在自然界往往紧密共生。
因镧系收缩造成稀土元素的离子半径从La →Lu 逐渐减小，Ce 和Eu 在自然界具有变价（Ce 4+、Eu 2+）的特征，以及介质（岩石、土壤、矿物等）的不同而引起稀土元素在自然界的分离。
为便于研究稀土元素在某介质中的分配型式，必须排除“偶数规则”的影响，最常用的方法是利用球粒陨石丰度值对稀土元素进行标准化。
这里向大家推荐W.V .Boynton(1984)提出的球粒陨石丰度值（×10-6）：La 0.31；Ce 0.808；Pr 0.122；Nd 0.6；Sm 0.195；Eu 0.0735；Gd 0.259；Tb 0.047；Dy 0.322；Ho 0.0718；Er 0.21；Tm 0.0324；Yb 0.209；Lu 0.0322。
稀土元素地球化学
0.074
0.259 0.047 0.322
1.24
5.2 0.85 5.8
Ho
Er Tm Yb Lu Y
123.6111
125.2381 118.125 115.311 113.0303 93.36735
95.27778
103.3333 90.625 89.47368 85.75758 65.81633
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• LaN/SmN：反映了轻稀土之间的分馏程度。该值越大， 轻稀土越富集。 根据LaN/SmN可以对岩石进行分类。如根据LaN/SmN比 值，Schilling（1975a）将洋中脊玄武岩划分成三种类型： N型（正常型），LaN/SmN＜1；稀土元素组成模式为亏 损型。 P（E）型，地幔柱型或异常型，LaN/SmN＞1；富集型。 T型，过渡型；LaN/SmN≈1 • GdN/YbN：反映了重稀土之间的分馏程度。该值越小， 重稀土富集程度越高。有人用GdN/YbN比值将马提岩划 分成三个组。
• 在成矿研究中，常用未矿化或蚀变的岩石 为标准，了解成矿或蚀变过程中，稀土元 素的变化。
这种方法的优点
• 一般公认球粒陨石的轻-重稀土元素之间不存在 分异。 采用球粒陨石标准化模式图可使样品中各REE 间的任何程度的分异更清楚地显示出来。 克服奇偶原子序数的元素丰度不同所造成的 REE曲线锯齿状变化。 可以反映所研究样品相对于原始地球稀土组成 的地球化学分异作用。 直线斜率、形态和偏离直线的稀土元素的异常 地球化学行为，为成岩成矿机理研究，提供了 重要信息。
• ② LREE/HREE—轻重稀土元素比值 • 用途：能较好地反映REE的分异程度以及 指示部分熔融残留体和岩浆早期结晶矿物 的特征。是判断残留相或结晶相矿物组合 的重要依据。
稀土元素在地球化学样品中的含量分析
186管理及其他M anagement and other稀土元素在地球化学样品中的含量分析彭 萌（四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心，四川 成都 610081）摘 要：稀土元素存在于在地球化学样品中，且具有非常相似的物理化学特性，因此常作为研究地球化学的示踪剂。
本文主要对地球化学样品中稀土元素的分析方法进行介绍与研究，稀土分析主要应用现代仪器进行分析，现代仪器分析手段繁多，不同的实验分析所用到的化学仪器也不一样，本文从地球化学样品的特点入手，简单介绍现代仪器在地球化学样品分析中的技术应用，并着重介绍电感耦合等离子体质谱分析技术（ICP-MS）分析地球化学样品中稀土元素含量的方法。
关键词：稀土元素；地球化学样品；含量；特征 中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）17-0186-2收稿日期：2020-09作者简介：彭萌，男，生于1983年，汉族，四川成都人，大学本科，工程师，研究方向：岩矿分析。
地球化学样品组分复杂，不同元素在不同的样品中含量相差较大，实验分析的物质种类繁多，问题也多种多样。
在使用现代仪器分析实验的过程中，要对实验数据和仪器操作慎之又慎。
由于地球化学样品分析的物质品类广，影响分析结果的因素也比较多，这就造成了无机化学的分析难度大，所以如何合理应用现代仪器分析地球化学样品，得出准确的实验数据和结论，体现出现代仪器分析的实际价值。
稀土元素主要指的是镧系元素以及和镧系元素密切相关的钪（Sc）、钇（Y），共17种元素总称为稀土元素（RE）。
La （镧），Ce （铈），Pr （镨），Nd （钕），Pm （钷），Sm （钐），Eu （铕）称为铈组稀土（轻稀土）；Gd （钆），Tb （铽），Dy （镝），Ho （钬），Er （铒），Tm （铥），Yb （镱），Lu （镥），Sc，Y 称为钇组稀土（中重稀土）。
稀土元素含量分析是地质科学研究最常用的方式之一。
稀土元素地球化学[精]
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稀土元素分组
• 根据稀土元素的分离工艺，又可将它们 分为三组，
• 即铈组稀土、铽组稀土和钇组稀土，分 别称为轻、中、重稀土。
• 铈组有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm， • 铽组有En，Gd，Tb，Dy， • 钇组有Y，Ho，Er，Tm，Yb，Lu。
稀土元素概述
• 三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近， 很容易以各种类质同象形式进入岩浆作 用变质作用和沉积作用中广泛出现的含 钙矿物中。
• 在吸附能力强的粘土、铁-铝-锰沉积物，有机质和铁有机质等沉积物中富铈组稀土等等。
• 正是由于稀土元素作为既很相似、又有所不同的一组 元素，在自然界的地质作用和各种物理化学环境中的 特殊行为，使得有可能根据稀土元素的分离、变化作 为地球化学指示剂，去解释各种成岩成矿过程。
稀土元素丰度表示法
• 在稀土元素地球化学研究工作中，除了用稀土总量和 各单个稀土含量直接列表来表示所研究对象的稀土元 素含量丰度外，常用作图方法形象地表示，这就是所 谓“增田—科里尔（Masuda-Coryell）图解，是由他们 二人分别提出的。
• 由于电离势低，稀土元素呈明显碱性。 其碱度处于Mg（OH）2和Al（OH）3之间， 这是稀土元素广泛进入到钙的铝硅酸盐 矿物中的原因。
稀土元素地球化学
• 稀土元素倾向于形成极性键和共价键， 因而具有形成络合物的性质。
•这
存在时，容易形成络合物而迁移。
•尽管稀土元素具有很相近的物理化学性质，由于 电子构型的规则变化、镧系收缩等，各稀土元素 之间仍存在一些性质上的微小不同，造成稀土元 素在自然界中发生某些分离。
稀土元素配分模式
• 3.平坦型（或球粒陨石型） • 丰度曲线呈现近乎水平，既不显示重稀土富集、
稀土元素地球化学
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——陶瓷工业领域：稀土可以加入陶瓷和瓷釉之 中，减少釉和破裂并使其具有光泽。稀土更主要 用做陶瓷的颜料，由于稀土元素有未充满的4f电 子，可以吸收或发射从紫外、可见到红外光区不 同波长的光，发射每种光区的范围小，导致陶瓷 的颜色更柔和、纯正，色调新颖，光洁度好。如 黄色、紫罗兰色、绿色、桃红色、橙色、棕色、 黑色等。稀土氧化物可以制造耐高温透明陶瓷 (应用于激光等领域)、耐高温坩埚(冶金)。 • ——电光源工业领域：稀土作为荧光灯的发光材 料，是节能性的光源，特点是光效好、光色好、 寿命长。比白炽灯可节电75—80%。
第四章、稀土元素沉积地球化学
第四章、稀土元素沉积地球化学
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1.什么是稀土元素：
以往由于分析技术水平低，误认为他们在地壳 中很稀少，另外它们一般发现于富集的风化壳上， 呈土状，故名稀土。实际上稀土并不稀，REE （稀土元素）的地壳丰度为0.017%，其中Ce、 La、Nd的丰度比W、Sn、Mo、Pb、Co还高。中 国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰 富。
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——高温超导材料：近几年研究表 明，许多单一稀土氧化物及其某些 混合稀土氧化物是高温超导材料的 重要原料。一旦高温超导材料进入 实用，整个世界将起翻天覆地的变 化。目前，我国在稀土超导材料的 成材研究方面取得了有意义的突破。
第四章、稀土元素沉积地球化学
• 二、河水中的稀土元素
第四章、稀土元素沉积地球化学
• ——精密陶瓷：氧化钇部分稳定的氧化镐是性能十分优异 的结构陶瓷，可制作各种特殊用途的刀剪；可以制作汽车 发动机，因其具有高导热、低膨胀系数、热稳定性能好、 在1 650℃下工作强度不降低，导致发动机马力大、省燃料 等优点。 • ——催化剂：稀土除用于制造石油裂化催化剂外，广泛应 用于很多化学反应，如稀土氧化物LaO3、Nd2O3和Sm2O3用于 环己烷脱氢制苯，用LnCoO3代替铂催化氧化氨制硝酸。并 在合成异戊橡胶、顺丁橡胶的生产中作为催化剂。 • 汽车尾气需要将CH、CO氧化，对NOX进行还原处理，以 解决目前城市空气污染问题。稀土元素是汽车尾气净化催 化剂的主要原料。我市化工研究院在这方面有很强的优势， 可推动形成一个汽车尾气净化器产品。
稀土元素地球化学特性及分布规律考核试卷
20.下列哪个稀土元素在陨石中的含量较高？（）
A.镧
B.铕
C.铈
D.钇
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.稀土元素的地球化学特性包括以下哪些？（）
A.分馏效应
B.淋滤效应
C.富集效应
D.稳定效应
2.下列哪些因素影响稀土元素在沉积物中的分布？（）
C.钕
D.镧
17.稀土元素在煤炭中的分布规律与下列哪个因素有关？（）
A.煤炭的成熟度
B.煤炭的硫含量
C.煤炭的挥发分
D.煤炭的灰分
18.下列哪个稀土元素在超基性岩中相对富集？（）
A.镧
B.铕
C.铈
D.钇
19.稀土元素在河流沉积物中的分布规律与下列哪个因素有关？（）
A.河流流速
B.河流径流量
C.河流侵蚀作用
A.过渡元素
B.碱金属
C.稀有气体
D.稀土元素
2.稀土元素地球化学特性中，哪一个特性是指稀土元素在地球化学过程中不易被淋滤迁移？（）
A.分馏效应
B.固定效应
C.富集效应
D.淋滤效应
3.下列哪个稀土元素在地球表面的平均含量最高？（）
A.铕
B.钕
C.铈
D.镧
4.稀土元素的电子排布特点是什么？（）
A.外层电子全满
3.氧化还原状态
4.独立矿物，类质同象替代
5.温度，压力，流体活动
6.递减
7.内蒙古
8.成熟度
9.吸附
10.生物吸收，生物沉淀
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. √
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稀土元素球粒陨石标准化值
学科：地球化学
词目：稀土元素球粒陨石标准化值
英文：REE chondrite-normalized
释文：稀土元素球粒陨石标准化值是样品中各个稀土元素的量分别与球粒陨石中相对应的各个稀土元素的量的比值。
球粒陨石标准化后，使在稀土元素作图时消除奇偶效应。
[1]
稀土元素的分配型式主要依据稀土元素总量，轻，重稀土的相对含量和特征元素的异常丰度来划分。
分为5种：
1以稀土元素总量划分
2以Ce/Yb或La/Yb比值划分
3以δEu的异常划分
4以δCe的异常划分
5以各稀土元素的分馏程度来划分
稀土分配型式可用于消除岩石样品丰度曲线因奇偶效应而产生的“锯齿”状，并可根据标准化值曲线是否平滑反推样品测试丰度的精度。
在火成岩成因研究中，可以显示：1表示岩浆分异的程度2区分相似的岩石3判别岩石的不同成因4反映部分熔融和分离结晶的程度5指示洋中脊的扩张速度6确定岩浆来源（举例见课件：典型地壳的稀土元素配分型式，典型岛弧火山岩的稀土元素配分型式，活动大陆边缘岩浆岩的稀土元素配分型式，大陆碱性岩浆岩的稀土元素配分型式）
不同样品应选取不同标准化：玄武岩—球粒陨石；花岗岩—MoRB；地幔岩—C1球粒陨石
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