稀土元素La的物理化学特性及其应用

曾凡金 郭笑天

摘要：稀土La广泛应用于工业、农业等领域，具有极高的应用价值。本文首先介绍我国稀土元素及其化合物研究的概况，其次论述稀土元素La的物理化学特性，最后讨论稀土元素La及其化合物在催化、材料和生物等领域的应用。通过本文的论述，期望对稀土元素La的理论和应用研究者提供一些基础性资料。

关键词：稀土 La 特性 应用

1 概述

元素周期表第ⅢB族镧系元素加上化学性质相近的钪和钇共计17种元素，总称为稀土[1]。其实稀土并不真是“稀有的土”，很多稀土元素在地壳中的丰度较高。在探明的稀土储量中我国储量丰富，仅内蒙古包头市白云鄂博矿山的储量就占世界的70%左右[2]。从我国稀土研究的概况看，2004年至2013年共十年时间，我国在稀土领域的研究投入了很大的人力物力，如在十年来学术论文篇名含“稀土”二字的共计23281篇，其中基础学科领域1933篇，工程技术13860篇；在基金资助上，获得国家自然科学基金资助的学术论文有2482篇[3]。所以，加大投入研究稀土元素及其化合物的力度，特别是扎实的理论研究和创新的应用研究，不管是稀土元素及其化合物的高效利用，还是限制我国稀土出口规模和保护珍贵自然资源都具有重要的意义。

2 稀土元素La的物理化学特性

稀土元素La，名字来源于希腊文，原意为“隐蔽”，于1839年被瑞典的化学家莫桑德尔从粗硝酸铈中发现的一种新元素[4]，由于La元素有特殊的电子结构，所以具有很多独特的物理化学性质。

2.1 稀土元素La的一些物理性质[5] 为了便于直观理解，现把La元素与Fe（铁）、Hg（汞）元素的一些特性对比如表1。

从表1可知，在密度上对比，单质La的密度为6.176 g/cm3，略低于单质Fe的密度，远低于单质Hg的密度；在常温下单质La为固态，不过是软固态，易切割；单质La的熔点和沸点分别921摄氏度和3457摄氏度，而单质Fe的熔点和沸点分别1535摄氏度和2750摄氏度，不难得出单质La比单质Fe易熔化但更难沸腾。

2.2 稀土元素La的一些化学性质[6] 为了便于直观理解，现把La元素与Fe（铁）、Hg（汞）元素的一些化学特性对比如表2。

从表2不难看出，单质La的稳定性差，在空气中易氧化，新鲜的表面遇空气迅速变暗；在可燃性方面与单质Fe和单质Hg明显不同。

3 稀土元素La及其化合物的应用

3.1 稀土La在催化领域中的应用

通过在CNKI上检索得出如下表3稀土元素镧在催化领域的一些研究数据。

表3 “篇名”输入“镧”并含“催化”、“催化剂”等词检索结果

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从表3可以看出，我国学者对稀土La在催化领域中的应用进行了一定量的研究，特别是在催化剂中掺杂稀土La这个主题中取得了一系列的研究成果。通过研究表明，掺杂稀土La能提高催化剂对S2O82-的结合能力，抑制活性组分的分解，增强固体超强S2O82-ZrO2Al2O3催化剂的酸性，从而提高提高催化剂的活性[7]。通过紫外光性对甲醛气体进行光催化降解，结果表明当La、Fe的掺杂量分别为5%时，La、Fe共掺杂复合材料TiO2/ACF的光催化性能最好。这说明，当La、Fe的掺杂量达到最佳配比时可抑制TiO2的粒子生长，使晶粒尺寸达到最小，有助于降低光生电子和空隙的复合，从而提高催化剂的光催化活性[8]。

3.2 稀土La及其化合物在材料领域中的应用

通过在CNKI上检索得出如下表4稀土元素镧在材料领域的一些研究数据。

表4 “篇名”输入“镧”并含“激光”、“ 储氢”等词检索结果

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从表4可以看出，稀土元素La在纳米材料中研究最多，其次是在材料领域。不过，稀土元素La在材料领域中的应用远远不止上表统计方面。比如稀土元素La还可用于改良储氧材料，其中有湖南稀土金属材料研究院苏正夫用La，Pr对铈锆固溶体储氧材料进行改良，研究结果表明储氧材料在老化前后均保持萤石立方相固溶体结构，具有较强的抗老化能力[9]。再比如在稀土La提高复合材料的抗拉强度和显微硬度方面的研究，有李斌等人研究La含量对Al2O3/Cu复合粉末和烧结材料组织及性能，研究表明：添加0.05%的稀土La有利于机械合金化过程中Cu晶粒的细化和Al2O3/Cu颗粒的弥散分布，从而提高烧结材料的显微硬度和抗拉强度[10]。

3.3 稀土La及其化合物在生物领域中的作用

通过同样的方法在同样的时点上检索，得出如下表5稀土元素镧在生物领域的一些研究数据。

表5 “篇名”输入“镧”并含“生长”、“ 细胞”等词检索结果

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从表5可知，稀土元素La在生物领域中也有广泛的研究，如赵建荣等研究稀土La对青菜生长及相关特性进行研究，结果表明稀土La增加了青菜产量，同时土壤中La含量为浓度时，增加La对青菜茎叶、根N，P，K含量起到促进作用，超过一定浓度时，再增加La在土壤的浓度青菜茎叶、根N，P，K含量反而逐渐降低[11]。同时稀土La在提高生物体的免疫系统功能方面，王宗惠等研究了稀土对小鼠腹腔巨噬细胞特异吞噬功能作用的影响，结果表明La2O3能增强巨噬细胞（M5）的吞噬功能，这充分说明巨噬细胞（M5）活化程度提高了，其清除病毒、癌细胞功能自然也会提高[12]。

参考文献：

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

[2]中华人民共和国国务院新闻办公室.中国的稀土状况与政策[M].人民出版社（第1版），2012.

[3]http：//www.cnki.net/.

[4]李国华，胡素娟， 张炫辉.漫游稀土世界[M].中南大学出版社（第1版），2011.

[5]徐光宪.稀土（上）（第2版）[M].冶金工业出版社，1995.

[6]李梅，柳召刚，吴锦绣等.稀土元素及其分析化学[M].化学工业出版社（第1版），2009.

[7]马慧琴，王卫，王媛媛.La改良固体超强酸S2O82-ZrO2Al2O3的制备及催化性能研究[J].材料导报（研究篇），2014（3）.

[8]陈勇，陈鹏，陈召，谷科成.La、Fe共掺杂TiO2/活性炭纤维的制备及其光催化性能[J].功能材料，2014（3）.

[9]苏正夫.镨镧改性铈锆固溶体储氧材料的制备与应用研究[J]. 有色金属（冶炼部分），2014（7）.

[10]李斌，刘贵民，丁华东，郑晓辉，闫涛.稀土La对Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2014（5）.

[11]赵建荣，秦改花.镧对青菜生物量、植株氮磷钾含量及土壤酶活性的影响[J].中国稀土学报，2009（6）.

[12]王宗惠，庞新民，苏英，等.稀土对小鼠腹腔巨噬细胞特异吞噬功能的作用影响[J].卫生毒理学杂志，1994，8（3）.

基金项目：本文系贵州省科技厅、安顺市人民政府、安顺学院三方联合科技基金项目（项目编号：黔科合J字LKA[2013]14号；项目编号：黔科合J字LKA[2012]14号）的研究阶段性成果。

作者简介：曾凡金（1979-），男，安顺学院讲师（理论物理），教育学硕士，MBA在读，研究方向：原子分子物理、物理教育心理和企业战略管理。