第三主族及第三副族第三主族及第三副族稀土元素稀土就是化学元素周期表中镧系元素镧(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），以及与镧系的15个元素密切相关的元素钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。稀土元素的共性是：它们的原子结构相似；离子半径相近（REE3+离子半径1.0610-10m0.8410-10m，Y3+为0.8910-10m）；它们在自然界密切共生。钪（Sc），21号元素，是一种柔软、银白色的过渡性金属。主要化合价为氧化态+3价。钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。钪 scandium英skndim美skndim被空气氧化时略带浅黄色或粉红色。钪容易风化和大多数稀酸中缓慢溶解。它不与硝酸（HNO3）和氢氟酸（HF）1:1混合物反应，可能是由于形成了一个不渗透的钝化层。人体影响钪单质被认为是无毒。钪化合物的动物试验已经完成，氯化钪的半数致死量已被确定为4毫克/公斤腹腔和755毫克/千克口服给药。从这些结果看来钪化合物应处理为中度毒性化合物。15照明钪的用途都集中在很光明的方向。钪钠灯太阳能光电池射线源神奇调料上面说了钪的一些应用，不过，因为价格高昂，考虑到成本在工业产品里很少会用到很大数量钪和钪的化合物，都是像灯泡里那样薄薄的一层钪箔之类的用法。而在更多一些领域，钪和钪的化合物更是被作为神奇的调料使用，好像大厨手中的盐、糖或味精，只需要一星半点，就有画龙点睛的作用。6单质形式的钪，已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%0.4%的Sc（这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多，只需要那么一点）可使合金的再结晶温度提高150200，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。钪也是铁的优良改化剂，少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。另外，钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。当然，除了为他人做嫁衣裳之外，因为钪具有较高熔点，而其密度却和铝接近，也被应用在钪钛合金和钪镁合金这样的高熔点轻质合金上，但是这样的稀罕东西恐怕只有航天飞机和火箭上才舍得用了，要是拿来做自行车架子，这个价值摆出去恐怕一天能被偷上二三十次。6单质的钪一般应用于合金，而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固体氧化物燃料电池电极材料的四方相氧化锆陶瓷材料有一种很特别的性质，在这种电解质的电导会随着温度和环境中氧的浓度增高而增大。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在，不具有工业价值；必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入610%的氧化钪就好像混凝土结构一样，让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。还有像给高强度，耐高温的工程陶瓷材料氮化硅做增密剂和稳定剂。氧化钪作为增密剂，可以在细小颗粒的边缘生成难熔相Sc2Si2O7，从而减小工程陶瓷的高温变形性，与添加其它氧化物相比能更好改善氮化硅的高温机械性能。在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。同样，在镍碱电池中加入2.5%25%的钪，会增加使用寿命。在农业上可以对玉米甜菜豌豆小麦向日葵等种子做硫酸钪（浓度一般为10-310-8mol/L不同的植物会有所不同）处理，已取得促进发芽的实际效果，8小时后根和芽的干燥重量和幼苗相比，分别增加37%和78%，但原因机理尚在研究中。6在有机化学上钪也并非默默无闻，不过在有机反应里面钪的作用虽然同样是一种调料，却和在无机材料里面用于掺杂不同，而是被作为催化剂使用。Sc2O3可用于乙醇或异丙醇脱水和脱氧、乙酸分解，由CO和H2制乙烯等等中。含Sc2O3的Pt-Al催化剂更是在石油化工中作为重油氢化提净，精炼流程的重要催化剂。而在诸如异丙苯催化裂化反应中，Sc-Y沸石催化剂比硅酸铝的活性大1000倍；和一些传统的催化剂比起来，钪催化剂的发展前景将是很光明的。6从尼尔森注意到原子量数据的亏欠到今天，钪进入人们的视野不过一百年二十多年，却差不多坐了一百年的冷板凳，直到上个世纪后期材料科学的蓬勃发展才给他带来了生机。到今天，连同钪在内的稀土元素都已经成为了材料科学中炙手可热的明星，在成千上万的体系中发挥着千变万化的作用，每天都在给我们的生活带来多一点的便利，创造的经济价值更是难以计量。按阴阳五行的说法，土生金，其信然乎？6现代应用钇钇（Y）是稀土金属元素之一，是一种灰色金属。常见化合价为+3价。与热水能起反应，易溶于稀酸。可制特种玻璃和合金。Yttrium英trim美trim钇是稀土元素。稀土元素是指钪、钇和全部镧系元素。由于它们在地壳中钇的含量稀少，它们的氧化物与氧化钙等土族元素性质相似，因而得名。由于稀土元素分布分散，往往杂乱成矿，再加上它们性质彼此很相似，所以发现、分离以及分析它们都比较困难。钇和另一稀土元素铈是稀土元素中在地壳中含量较大的两种元素，因而它们在稀土元素中首先被发现。欧洲北部斯堪的纳维亚半岛上的挪威和瑞典是稀土元素矿物比较丰富的产地，因而这两种元素在这个地区最先被发现。用途：钇铝石榴石Y3Al5O12用作激光材料，钇铁石榴石Y3Fe5O12用于微波技术及声能换送，掺铕的钒酸钇YVO4:Eu及掺铕的氧化钇Y2O3:Eu用作彩色电视机的荧光粉。金属钇在合金方面用作钢铁精炼剂、变质剂等。3对人体影响钇的化合物有一定毒性，钇盐可能有致癌性，在人体内一般没有钇。镧系元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称，也叫稀土元素。它们的化学性质相似，和锕系元素一样单独组成一个系列，在元素周期表中占有特殊位置。锕系元素包括了锕、钍、镤和铀以后人工合成的11种超铀元素。化学性质由于镧系和锕系两个系列的元素随着原子序数的增加都只在内层轨道（相应的4f和5f轨道）充填电子，其外层轨道（相应的6s、5d和7s、6d轨道）的电子排布基本相同，因此不仅镧系元素和锕系元素的化学性质相似，而且每个系列内元素之间的化学性质也是相近的。大多数锕系元素都有以下性质：能形成络离子和有机螯合物的三价阳离子；生成三价的不溶性化合物，如氢氧化物、氟化物、碳酸盐和草酸盐等；生成三价的可溶性化合物，如硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐和某些卤化物等。在水溶液中多数锕系元素为+3氧化态,前面几个和最后几个锕系元素还有不同的氧化态,如镤有+5氧化态；铀、镎、镅有+5和+6氧化态,镎和钚还有+7氧化态,可以MO娚、MO卂、MO幯等离子形式存在（镧系元素中最高氧化态为+4）；锎、锿、镄、钔和锘等元素都有+2氧化态。锕系与镧系的这种差别是因为轻的锕系元素中5f电子激发到6d轨道所需能量比相应的镧系元素中4f电子激发到5d轨道的能量要小，使得锕系元素比镧系元素有更多的成键电子，因而出现较高的氧化态；而重的锕系元素却正好相反。锕系元素和镧系元素中都发现离子半径收缩的现象，即随着原子序数的增大，离子半径反而减小。锕系元素中，充填最初几个5f电子时,离子半径收缩比较明显,后来趋于平缓，使得这些元素的离子半径十分接近。因此锕系元素在化学性质上的差别随着原子序数增大而逐渐变小，以致逐个地分离锕系元素（尤其是重锕系元素）越来越困难。溶剂萃取和离子交换是广泛使用的分离方法，特别是在发现锫、锎、锿、镄和钔等元素时，离子交换色谱法曾起了重要的作用。基于离子半径的微小差别及对各种络合剂的不同络合作用，锕系元素可依次从离子交换柱淋洗下来。lanthanide英lnnad美lnnad应用编辑应用领域镧系元素应用极为广泛。化学工业上主要用作催化剂。例如混合镧系元素的氯化物和磷酸盐用作催化剂，以加速石油的裂化分解。混合稀土氧化物广泛用作玻璃抛光材料和玻璃的脱色剂，还可用来制造耐辐射玻璃和激光玻璃。用三氧化二钇和三氧化二镝可制得耐高温透明陶瓷，这种陶瓷被用于火箭、激光、电真空等技术工程上。此外，电视工业中大量使用的荧光粉为某些希土化合物，此荧光粉用于制造电视荧光屏。钢铁中加入少量稀土元素，可大大改善钢的机械性能，因此稀土元素可称为钢铁的“维生素”。例如在生铁里加进铈，可得到球墨铸铁，使生铁具有韧性且耐磨，可以铁代钢，以铸代锻。此外，农业上用稀土元素可是粮食增产10%20%，白菜增产29%，大豆增产50%，还可提高西瓜的产量和甜度，因此用作高效微量肥料。氧化态镧系元素在固态、水溶液中或其他溶剂中的特征氧化态是+3。由于镧系元素在气态时，失去两个6s电子和一个5d电子或失去两个6s电子和一个4f电子所需的电离能比较低，所以一般能形成稳定的+3氧化态。除+3特征氧化态外，镧系元素还存在着一些不常见的氧化态。例如：铈、镨、钕、铽、镝存在+4氧化态，原因是它们的4f层保持或接近全空、半满或全充满的状态比较稳定，但只有+4氧化态的铈能存在于溶液中，它是很强的氧化剂。同理，铈、钕、钐、铕、铥、镱还存在+2氧化态。在潮湿空气中氧化，加热至500时着火。室温时跟水反应缓慢，跟沸水反应剧烈生成氢氧化镓放出氢气。加热时溶于无机酸或苛性碱溶液。能跟卤素、硫、磷、砷、锑等反应。镓在干燥空气中较稳定并生成氧化物薄膜阻止继续氧化，在潮湿空气中失去光泽。镓在化学反应中存在+1、+2和+3化合价，其中+3为其主要化合价。镓的活动性与锌相似，却比铝低。镓是两性金属，既能溶于酸（产生Ga3+）也能溶于碱。镓在常温下，表面产生致密的氧化膜阻止进一步氧化。加热时和卤素、硫迅速反应，和硫的反应按计量比不同产生不同的硫化物。l 毒理性质：毒理性质：镓的毒性是和生物的种类相关的。在服用浓度高于750mg/kg时才会表现出对人肾脏的毒性。对老鼠的实验表明，镓会导致镓，钙和磷酸盐在肾中的沉积，这会堵塞肾腔。镓和镓的化合物有微弱的毒性，但是没有任何文献表明镓有生殖毒性。相反，硝酸镓可以用于治疗某些疾病。镓容易附着到桌面、手、还有手套上留下黑色的斑迹。l化学化学性性质质:l应用领域应用领域：镓主要用于电子工业、通讯和医学领域。v工业用途工业用途制造半导体砷化镓、磷化镓、锗半导体掺杂元；纯镓及低熔合金可作核反应的热交换介质；高温温度计的填充料；有机反应中作二酯化的催化剂。镓-68会发射正电子，可以用于正电子断层成像。v医学应用医学应用在观察到癌组织对67Ga有吸引力之后，美国国家癌症学会指出稳定的镓对于啮齿动物的肿瘤很有疗效。这曾在癌症病人身上试验过。当服用剂量为750mg/kg时，镓对人的肾脏有害。不停的灌输镓的配制药品可以降低镓对肾小管的毒性。铟铟（In）l物理性质：物理性质：v银白色并略带淡蓝色的金属，质地非常软，能用指甲刻痕。铟的可塑性强，有延展性，可压成片。铟无毒Indium 英ndm美ndrmv液态铟能浸润玻璃，并且会粘附在接触过的表面上留下黑色的痕迹。l化学性质：化学性质：v从常温到熔点之间，铟与空气中的氧作用缓慢，表面形成极薄的氧化膜（In2O3），温度更高时，与活泼非金属作用。v大块金属铟不与沸水和碱溶液反应，但粉末状的铟可与水缓慢的作用，生成氢氧化铟。v铟与冷的稀酸作用缓慢，易溶于浓热的无机酸和乙酸、草酸。铟能与许多金属形成合金（尤其是铁，粘有铁的铟会显著的被氧化）。铟的主要氧化态为+1和+3，与卤素化合时，能分别形成一卤化物和三卤化物。v铟有微弱的放射性，天然铟有两种主要同位素，其一为In-113为稳定核素，In-115为-衰变。因此，在使用中尽可避免与皮肤接触和食入。应用领域应用领域工业应用：工业应用：u金属铟主要用于制造低熔合金、轴承合金、半导体、电光源等的原料。铟锭因其光渗透性和导电性强，主要用于生产ITO靶材（用于生产液晶显示器和平板屏幕），这一用途是铟锭的主要消费领域，占全球铟消费量的70%。u其次的几个消费领域分别是：电子半导体领域，占全球消费量的12%；焊料和合金领域占12%；研究行业占6%。另，因为其较软的性质在某些需填充金属的行业上也用于压缝。如：较高温度下的真空缝隙填充材料。医学医学应用：应用：u用于肝、脾、骨髓扫描用铟胶体。脑、肾扫描用铟-DTPA。肺扫描用铟-Fe(OH)3颗粒。胎盘扫描用铟-Fe-抗坏血酸。肝血池扫描用铟输送铁蛋白。u镓和铟合金合成液态金属，形成一种固溶合金，可以用于帮助修复人类切断的神经，以避免长期残疾。铊铊物化性质：物化性质：铊（Tl），白色，质柔软，无弹性，易熔融，化合物有毒。铊是无味无臭的金属，在空气中氧化时表面覆有氧化物的黑色薄膜，174开始挥发，保存在水中或石蜡中较空气中稳定。溶于硝酸和硫酸，较难与盐酸反应，不溶于水。密封于水或油中保存。Thallium英lim美lim铊的用途铊的用途u主要用途是制造硫酸铊一种烈性的灭鼠药。和淀粉、糖、甘油与水混合即能制造一种“款待”老鼠的灭鼠剂。在扑灭鼠疫中颇有用。(也用于检测红外线辐射和心肌研究。)u制备铊盐、合金。氢还原硝基苯的催化活化剂。铊与钒的合金在生产硫酸时作催化剂。耐硫化氢腐蚀的涂料。半导体研究。光学玻璃的附加料，可增加折光率。含8.5%铊的液体汞齐的凝固点为-60，在低温操作的仪器中为汞的代用品。气态铊可作为内燃机的抗震剂。u在地壳中的含量约为十万分之三，以低浓度分布在长石、云母和铁、铜的硫化物矿中，独立的铊矿很少。毒理性质：毒理性质：【健康危害】：为强烈的神经毒物，对肝、肾有损害作用。吸入、口服可引起急性中毒；可经皮肤吸收。【急性中毒】：口服出现恶心、呕吐、腹部绞痛、厌食等。35天后出现多发性颅神经和周围神经损害。出现感觉障碍及上行性肌麻痹。中枢神经损害严重者，可发生中毒性脑病。脱发为其特异表现。皮肤出现皮疹，指（趾）甲有白色横纹，可有肝、肾损害。【慢性中毒】：主要症状有神经衰弱综合征、脱发、胃纳差。可有周围神经病、球后视神经炎、视神经萎缩、眼睛失明。可发生肝损害。中毒原因：中毒原因：铊的毒性高于铅和汞。铊化合物广泛应用于工业生产中。另外在生产鞭炮（花炮）的原料中往往也含有高量的铊，其副产品氯化钠（非食用盐）中同样被污染，当人体食用了这种非食用盐（常有不法分子将此种盐贩卖）后，而引起中毒。中毒表现：下肢麻木或疼痛、腰痛、脱发、失明、头痛、精神不安、肌肉痛、手足颤动、走路不稳等。预防措施预防措施：生产鞭炮的副产品氯化钠（非食用盐）往往带有红色，注意不买，不食带有红色的盐。治疗措施：治疗措施：由于口服铊盐发生的急性中毒，应在催吐后，立即用1%碘化钾或碘化钠100200ml洗胃，使成不溶性的碘盐减少自胃肠吸收，随即选用3%硫代硫酸钠溶液或清水洗胃，用盐类泻剂导泻；并可口服活性炭0.5g/kg，以减少毒物吸收，以后内服牛奶、生蛋清等静脉输液，可促进排泄并维持体液平衡。慢性铊中毒用含硫氨基酸，如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等可有一定疗效。镓镓l物理性质：物理性质：v蓝色或银白色的金属。熔点很低，沸点很高。纯液态镓有显著的过冷的趋势，常温时镓在干燥空气中稳定。镓能浸润玻璃，故不宜使用玻璃容器存放。Gallium英glim美limv镓在地壳中的浓度很低。它的分布很广泛，但不以纯金属状态存在，而以硫镓铜矿（CuGaS2）形式存在，不过很稀少，经济上也不重要。自然界中常以微量分散于铝土矿、闪锌矿等矿石中。v镓氧化铝外的金属矿床中的含量极低，经过一定富集后也只能达到几百克/吨，因而镓的提取非常困难，原生镓的年产量极少，全球年产量不足300吨，如果这种状况不能得到改善，未来20-30年这些金属镓将会出现严重短缺。(Ga)