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稀土百科 | 稀土元素的化学性质

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2022-05-19
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稀土元素的化学活性很强,其活性由钪、钇至镧递增,由镧至镥逐渐减弱,尤以镧、铈和铕为最活泼。在较低的温度下,稀土元素能与氢、碳、氮、磷及其他一些元素相互反应。稀土金属燃点很低,铈为160℃,错为190℃,钕为270℃,它们能生成极稳定的氧化物、卤化物和硫化物。

稀土金属能使水分解,且易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。稀土金属不与碱作用。稀土金属由于能形成难溶的氟化物和磷酸盐的保护膜,因而难溶于氢氟酸和磷酸中。稀土金属能与多种金属元素生成金属间化合物或合金。

1.与氧反应

稀土金属在室温下能与空气中的氧发生反应。首先是其表面被氧化,继续氧化的程度,依据所生成的氧化物的结构性质的不同而异。例如,镧、铈和错在空气中的氧化速度较快,而钕、钐和钆的氧化速度较慢,甚至能较长时间保持金属光泽。

所有稀土金属在空气中加热至180~200℃时,迅速氧化并放出热量。铈生成CeO2,镨生成Pr6O11(4PrO2·Pr2O3),铽生成Tb4O7(2TbO2·Tb2O3);其他稀土金属则生成RE2O3型氧化物。

2.与氢反应

稀土金属在室温下能吸收氢,温度升高,吸氢速度加快。当加热至250~300℃时,其能强烈吸氢,并生成组成为REHx(x=2~3)型的氢化物。稀土氢化物性较脆,在潮湿空气中不稳定,易溶于酸或被碱分解。在真空中,加热至1000℃以上,其可以完全释放出氢。这一特殊性质常用于稀土金属粉末的制取。

3.与碳反应

无论是熔融状态还是固态稀土金属,在高温下与碳作用,均能生成RE3C型化合物。而稀土金属氢化物在高温下与石墨作用,也可以生成RE2C3、REC2型化合物,它们具有金属的导电性。所有的稀土碳化物在室温下遇水都水解成稀土氢氧化物和气体产物。

4.与氮反应

熔融状态或者固态稀土金属,在高温下与氮发生反应生成REN型化合物,在高温下非常稳定,但遇水后会缓慢水解并放出氨;REN能够迅速溶解于酸中,遇碱则生成氢氧化物和氨气。

5.与硫反应

稀土金属与硫蒸气作用,生成RE2S3和RES型的硫化物。硫化物的特点是熔点高、化学性质稳定和耐蚀性强。稀土硫化物不溶于水,在空气中稳定;稀土硫化物在空气中加热到200~300℃时开始氧化生成碱式硫酸盐。

6.与卤素反应

在高于200℃的温度下,稀土金属均能与卤素发生剧烈反应,主要生成三价的REX3型化合物,其作用强度由氟向碘递减。而钐、铕还可生成REX2型化合物,铈可生成REX4型的化合物,但都属不稳定的中间化合物。

一般情况下,卤化物都含有一定的水分子,因此稀土卤化物均有很强的吸湿性。稀土元素的REX2(X=C1、Br、I)型的化合物在空气和水中均不稳定,能迅速氧化为稀土氢氧化物和氢气。

7.与金属元素反应

稀土金属几乎能同所有的金属元素反应,生成组成不同的金属间化合物或合金。例如,与镁生成 REMg、REMg2、REMg4等化合物(稀土金属微溶于镁);与铝生成 RE3Al、RE3Al2、REAl、REAl2、REAl3、RE3Al4等化合物;与钴生成 RECO2、RECO3、RECO4、RECO5、RECO7等化合物,其中Sm2CO7、SmCO5为永磁材料;与镍生成 LaNi、LaNi5、La3Ni5等化合物;与铜生成YCu、YCu2、YCu3、YCu4、NdCu5、CeCu、CeCu2、CeCu4、CeCu6等化合物;与铁生成CeFe2、CeFe3、Ce2Fe3、 YFe2等化合物,但镧与铁只生成低共熔体,镧铁合金的延展性很好。


稀土金属与碱金属及钙、钡等均不生成互溶体系。稀土金属在锆、铌、钽中溶解度很小,一般只形成低共熔体,与钨、钼不能生成化合物。

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