稀土元素La的物理化學(xué)特性及其應(yīng)用

曾凡金 郭笑天

摘要：稀土La廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有極高的應(yīng)用價值。本文首先介紹我國稀土元素及其化合物研究的概況，其次論述稀土元素La的物理化學(xué)特性，最后討論稀土元素La及其化合物在催化、材料和生物等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過本文的論述，期望對稀土元素La的理論和應(yīng)用研究者提供一些基礎(chǔ)性資料。

關(guān)鍵詞：稀土 La 特性 應(yīng)用

1 概述

元素周期表第ⅢB族鑭系元素加上化學(xué)性質(zhì)相近的鈧和釔共計17種元素，總稱為稀土[1]。其實稀土并不真是“稀有的土”，很多稀土元素在地殼中的豐度較高。在探明的稀土儲量中我國儲量豐富，僅內(nèi)蒙古包頭市白云鄂博礦山的儲量就占世界的70%左右[2]。從我國稀土研究的概況看，2004年至2013年共十年時間，我國在稀土領(lǐng)域的研究投入了很大的人力物力，如在十年來學(xué)術(shù)論文篇名含“稀土”二字的共計23281篇，其中基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域1933篇，工程技術(shù)13860篇；在基金資助上，獲得國家自然科學(xué)基金資助的學(xué)術(shù)論文有2482篇[3]。所以，加大投入研究稀土元素及其化合物的力度，特別是扎實的理論研究和創(chuàng)新的應(yīng)用研究，不管是稀土元素及其化合物的高效利用，還是限制我國稀土出口規(guī)模和保護珍貴自然資源都具有重要的意義。

2 稀土元素La的物理化學(xué)特性

稀土元素La，名字來源于希臘文，原意為“隱蔽”，于1839年被瑞典的化學(xué)家莫桑德爾從粗硝酸鈰中發(fā)現(xiàn)的一種新元素[4]，由于La元素有特殊的電子結(jié)構(gòu)，所以具有很多獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。

2.1 稀土元素La的一些物理性質(zhì)[5] 為了便于直觀理解，現(xiàn)把La元素與Fe（鐵）、Hg（汞）元素的一些特性對比如表1。

從表1可知，在密度上對比，單質(zhì)La的密度為6.176 g/cm3，略低于單質(zhì)Fe的密度，遠低于單質(zhì)Hg的密度；在常溫下單質(zhì)La為固態(tài)，不過是軟固態(tài)，易切割；單質(zhì)La的熔點和沸點分別921攝氏度和3457攝氏度，而單質(zhì)Fe的熔點和沸點分別1535攝氏度和2750攝氏度，不難得出單質(zhì)La比單質(zhì)Fe易熔化但更難沸騰。

2.2 稀土元素La的一些化學(xué)性質(zhì)[6] 為了便于直觀理解，現(xiàn)把La元素與Fe（鐵）、Hg（汞）元素的一些化學(xué)特性對比如表2。

從表2不難看出，單質(zhì)La的穩(wěn)定性差，在空氣中易氧化，新鮮的表面遇空氣迅速變暗；在可燃性方面與單質(zhì)Fe和單質(zhì)Hg明顯不同。

3 稀土元素La及其化合物的應(yīng)用

3.1 稀土La在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用

通過在CNKI上檢索得出如下表3稀土元素鑭在催化領(lǐng)域的一些研究數(shù)據(jù)。

表3 “篇名”輸入“鑭”并含“催化”、“催化劑”等詞檢索結(jié)果

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從表3可以看出，我國學(xué)者對稀土La在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了一定量的研究，特別是在催化劑中摻雜稀土La這個主題中取得了一系列的研究成果。通過研究表明，摻雜稀土La能提高催化劑對S2O82-的結(jié)合能力，抑制活性組分的分解，增強固體超強S2O82-ZrO2Al2O3催化劑的酸性，從而提高提高催化劑的活性[7]。通過紫外光性對甲醛氣體進行光催化降解，結(jié)果表明當La、Fe的摻雜量分別為5%時，La、Fe共摻雜復(fù)合材料TiO2/ACF的光催化性能最好。這說明，當La、Fe的摻雜量達到最佳配比時可抑制TiO2的粒子生長，使晶粒尺寸達到最小，有助于降低光生電子和空隙的復(fù)合，從而提高催化劑的光催化活性[8]。

3.2 稀土La及其化合物在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用

通過在CNKI上檢索得出如下表4稀土元素鑭在材料領(lǐng)域的一些研究數(shù)據(jù)。

表4 “篇名”輸入“鑭”并含“激光”、“ 儲氫”等詞檢索結(jié)果

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從表4可以看出，稀土元素La在納米材料中研究最多，其次是在材料領(lǐng)域。不過，稀土元素La在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用遠遠不止上表統(tǒng)計方面。比如稀土元素La還可用于改良儲氧材料，其中有湖南稀土金屬材料研究院蘇正夫用La，Pr對鈰鋯固溶體儲氧材料進行改良，研究結(jié)果表明儲氧材料在老化前后均保持螢石立方相固溶體結(jié)構(gòu)，具有較強的抗老化能力[9]。再比如在稀土La提高復(fù)合材料的抗拉強度和顯微硬度方面的研究，有李斌等人研究La含量對Al2O3/Cu復(fù)合粉末和燒結(jié)材料組織及性能，研究表明：添加0.05%的稀土La有利于機械合金化過程中Cu晶粒的細化和Al2O3/Cu顆粒的彌散分布，從而提高燒結(jié)材料的顯微硬度和抗拉強度[10]。

3.3 稀土La及其化合物在生物領(lǐng)域中的作用

通過同樣的方法在同樣的時點上檢索，得出如下表5稀土元素鑭在生物領(lǐng)域的一些研究數(shù)據(jù)。

表5 “篇名”輸入“鑭”并含“生長”、“ 細胞”等詞檢索結(jié)果

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從表5可知，稀土元素La在生物領(lǐng)域中也有廣泛的研究，如趙建榮等研究稀土La對青菜生長及相關(guān)特性進行研究，結(jié)果表明稀土La增加了青菜產(chǎn)量，同時土壤中La含量為濃度時，增加La對青菜莖葉、根N，P，K含量起到促進作用，超過一定濃度時，再增加La在土壤的濃度青菜莖葉、根N，P，K含量反而逐漸降低[11]。同時稀土La在提高生物體的免疫系統(tǒng)功能方面，王宗惠等研究了稀土對小鼠腹腔巨噬細胞特異吞噬功能作用的影響，結(jié)果表明La2O3能增強巨噬細胞（M5）的吞噬功能，這充分說明巨噬細胞（M5）活化程度提高了，其清除病毒、癌細胞功能自然也會提高[12]。

參考文獻：

[1]http：//baike.baidu.com/view/89624.htm？fr=aladdin.

[2]中華人民共和國國務(wù)院新聞辦公室.中國的稀土狀況與政策[M].人民出版社（第1版），2012.

[3]http：//www.cnki.net/.

[4]李國華，胡素娟， 張炫輝.漫游稀土世界[M].中南大學(xué)出版社（第1版），2011.

[5]徐光憲.稀土（上）（第2版）[M].冶金工業(yè)出版社，1995.

[6]李梅，柳召剛，吳錦繡等.稀土元素及其分析化學(xué)[M].化學(xué)工業(yè)出版社（第1版），2009.

[7]馬慧琴，王衛(wèi)，王媛媛.La改良固體超強酸S2O82-ZrO2Al2O3的制備及催化性能研究[J].材料導(dǎo)報（研究篇），2014（3）.

[8]陳勇，陳鵬，陳召，谷科成.La、Fe共摻雜TiO2/活性炭纖維的制備及其光催化性能[J].功能材料，2014（3）.

[9]蘇正夫.鐠鑭改性鈰鋯固溶體儲氧材料的制備與應(yīng)用研究[J]. 有色金屬（冶煉部分），2014（7）.

[10]李斌，劉貴民，丁華東，鄭曉輝，閆濤.稀土La對Al2O3/Cu復(fù)合材料組織與性能的影響[J].稀有金屬材料與工程，2014（5）.

[11]趙建榮，秦改花.鑭對青菜生物量、植株氮磷鉀含量及土壤酶活性的影響[J].中國稀土學(xué)報，2009（6）.

[12]王宗惠，龐新民，蘇英，等.稀土對小鼠腹腔巨噬細胞特異吞噬功能的作用影響[J].衛(wèi)生毒理學(xué)雜志，1994，8（3）.

基金項目：本文系貴州省科技廳、安順市人民政府、安順學(xué)院三方聯(lián)合科技基金項目（項目編號：黔科合J字LKA[2013]14號；項目編號：黔科合J字LKA[2012]14號）的研究階段性成果。

作者簡介：曾凡金（1979-），男，安順學(xué)院講師（理論物理），教育學(xué)碩士，MBA在讀，研究方向：原子分子物理、物理教育心理和企業(yè)戰(zhàn)略管理。