阅读材料　稀土元素的应用

稀土元素是18世纪沿用下来的名称，因为当时认为这些元素稀有，它们的氧化物既难溶又难熔，因而得名。现已查明，稀土元素并不稀少，特别是中国的稀土资源十分丰富，有开采价值的储量占世界第一位。稀土元素性质相似，并在矿物中共生，难以分离。稀土元素具有特殊的物质结构，因而具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，有着极为广泛的用途。例如：

（1）结构材料　在钢铁中加入适量稀土金属或稀土金属的化合物，可以使钢得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等。

（2）磁性材料　稀土金属可制成永磁材料，稀土永磁材料是20世纪60年代发展迅速的新型功能材料。稀土金属能制成磁光存储记录材料，用于生产磁光盘等。

（3）发光材料　稀土金属的氧化物可作发光材料，如彩色电视机显像管中使用的稀土荧光粉，使画面亮度和色彩的鲜艳度都提高许多。金属卤化物发光材料能制成节能光源。稀土金属还能制成固体激光材料、电致发光材料等，电致发光材料可用于大面积超薄型显示屏。

（4）贮氢材料　用稀土金属制成的贮氢材料广泛用于高容量充电电池的电极。

（5）催化剂　在石油化工中，稀土金属主要用于作催化活性高、寿命长的分子筛型的催化剂，可以用于石油裂化、合成橡胶等工业。近来，科学家正致力于研究用稀土金属作为汽车尾气净化的催化剂。

（6）超导材料　北京有色金属研究总院发明的“混合稀土-钡-铜-氧超导体”为高温超导体的研究和应用开拓了新的途径，荣获第23届国际发明展览会金奖。

（7）特种玻璃　在石英光导纤维中掺入某些稀土金属，可大大增强光纤的传输能力。在玻璃工业中，用稀土金属作澄清剂、着色剂，可以使玻璃长期保持良好的透明度。玻璃中若加入某些稀土金属的氧化物可使玻璃染成黄绿色、紫红色、橙红色、粉红色等。稀土金属化合物也常用于陶瓷的颜料。

（8）精密陶瓷　在陶瓷电容器的材料中加入某些稀土金属，可提高电容器的稳定性，延长使用寿命。

（9）在农、林、牧、医等方面的应用　稀土金属元素可制成微量元素肥料，促进作物对氮、磷、钾等常用肥料的吸收。施用混合稀土肥料后，小麦、水稻、棉花、玉米、高粱、油菜等可增产10%左右，红薯、大豆等可增产50%左右。稀土金属可制成植物生长调节剂、矿物饲料添加剂等。但是，稀土金属对作物作用机制，以及长期使用对环境、生理等的影响还需做更深入的研究。

（10）在环境保护方面的应用　如硝酸镧在环境保护方面得到应用，它可以很有效地除去污水中的磷酸盐。含磷酸盐的污水如果被排放到自然水中去，会促使水藻增殖，使水质恶化。

（11）引火合金　稀土金属可以用来作引火合金，如做民用打火石和炮弹引信。打火石一般含稀土金属70%左右，而其中铈又占了40%，以铈为主的混合轻稀土金属与粗糙表面摩擦时，其粉末就会自燃。

*3.元素的分区

在周期表中，可根据原子最后一个电子分布的亚层，将元素分为四个区（如表4-8所示）。

通常，把价电子所在的亚层称为价电子层（简称价层），价电子层上的电子分布称为价电子构型（或价层电子构型）。元素周期表中，各区元素的价层电子构型都具有不同的特征。

（1）s区元素　包括ⅠA、ⅡA族元素，价层电子构型为ns1～2。它们都是活泼金属。

（2）p区元素　包括ⅢA～ⅧA族，价层电子构型为ns2np1～6（除He外）。它们既有金属元素，又有非金属元素（含稀有气体）。

（3）d区元素　包括ⅢB～ⅦB、ⅧB、ⅠB、ⅡB族，都是过渡元素，价层电子构型为（n-1）d1～10ns1～2（Pd除外，无5s电子）。该区元素最外层只有1～2个s电子，在化学反应中容易失去，因此都是金属元素，又称过渡金属。其化学性质比较相似。

（4）f区元素　包括镧系、锕系元素，价层电子构型为（n-2）f1～14ns2［个别有（n-1）d1］。它们都是金属元素，主要区别是倒数第三层f亚层上电子数不同。它们的化学性质极为相似。

知识拓展

元素周期律和元素周期表的意义。

为了揭示元素间的内在联系和规律，使庞杂的元素知识系统化，化学家们进行了不断地探索。1869年俄国化学家门捷列夫（Д.И.Мендедеев）在前人工作的基础上，首先提出：“元素性质，随原子量的递增而呈周期性变化”的元素周期律，并编制了第一张元素周期表（当时只发现63种元素）。直到20世纪初，随着原子结构理论的逐步发展，人们才真正认识到周期律的基础不是原子量，而是核电荷数，核外电子分布的周期性变化是元素性质周期性变化的根本原因。此后，元素周期表逐步发展成现在的形式。

元素周期律和元素周期表在很多领域都有重要的意义。在哲学上，元素周期律的发现，证实了由量变到质变的客观规律；在自然科学上，周期律和周期表是学习、研究元素化学的重要工具，它为预言和发现新元素，以及对发展物质结构理论提供了理论依据。根据元素原子的价层电子构型，就能确定该元素在周期表中的位置，进而推断元素的化学性质；在生产实践和科学实验中，根据周期表中位置靠近的元素性质相近的事实，可以指导人们寻找及合成新材料。例如，从过渡元素中选择良好的催化剂材料（如Fe、Ni、Pt、Rh等），以及耐腐蚀、耐高温材料（如Ti、Cr、Mo、W等）；从金属元素和非金属元素边界线附近寻找半导体材料（如B、Si、Ge、Se、Te、Ga、As、Sb等）；还可用周期表右上角的元素（如F、Cl、S、P、As等）试制新农药等。此外，根据地球上元素的分布规律，对探矿也有指导意义。