第1章　绪论

1.1　稀土材料简介

根据国际纯粹与应用化学联合会的定义，稀土元素（简称REE）是元素周期表中的一组数目为17的化学元素群，由15种镧系元素及钇和钪组成。钪和钇之所以被认为是稀土元素，是因为它们一般与镧系元素出现在同一矿床中，并表现出类似的化学性质。实际上“稀土”的命名并不贴切，因为稀土元素总体而言较为丰富，只是在地壳中比较分散。以“稀土”命名的主要原因仅在于它们在化学性质上彼此相似，在自然界中共同存在且具有相似的三价氧化态。国际纯粹与应用化学联合会将稀土元素主要分为轻稀土元素和重稀土元素，根据其原子量或在元素周期表中的位置进行分类。轻稀土元素由原子序数为57至62的镧、铈、镨、钕、钷、钐组成，重稀土元素由原子序数为 63 至 71 的铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥组成[1]。

稀土元素都存在于自然界中，但并非以纯金属的形式存在。在镧系元素原子中，最外层的价电子组成基本都是相同的，只有4f轨道随着原子序数的增加而逐渐填充。4f轨道受电子屏蔽效应影响使稀土元素的物理和化学性质极其相似，还导致了“镧系收缩”，即离子半径从La3+的（逐渐减小到Lu3+的。稀土元素由于其独特的磁性、发光特性和催化性能，在相关技术领域内极其重要，从手机、电视到LED灯泡、风力涡轮机和各种催化反应等都已有广泛应用。实际上地壳中稀土元素的平均浓度范围大约在130μg/g至240μg/g，含量明显高于其他常见的开采的元素，且远高于稀土各自的球粒陨石丰度。表1-1显示了地壳中稀土元素的平均丰度与球粒陨石丰度的比较。

本章旨在从稀土元素在高技术产品中的应用、稀土元素的存在状态、稀土元素的最新化学表征技术、稀土元素的循环利用和稀土元素的催化应用简介等方面对稀土元素提供较全面的应用介绍。文中还介绍了稀土元素在农业、医药、环境等方面的应用或影响，及在不同应用中稀土元素作为替代品的实例。