Co to jestziemia rzadka?
Ludzie mają ponad 200-letnią historię od odkrycia pierwiastków ziem rzadkich w 1794 r. Ponieważ w tamtym czasie znaleziono niewiele minerałów ziem rzadkich, tylko niewielką ilość nierozpuszczalnych w wodzie tlenków można było uzyskać metodą chemiczną. Historycznie takie tlenki były zwyczajowo nazywane „ziemią”, stąd nazwa „ziemia rzadka”.
W rzeczywistości minerały ziem rzadkich nie są rzadkie w naturze. Ziemia rzadka nie jest ziemią, ale typowym pierwiastkiem metalicznym. Jej aktywny typ ustępuje jedynie metalom alkalicznym i metalom ziem alkalicznych. Mają one większą zawartość w skorupie niż zwykła miedź, cynk, cyna, kobalt i nikiel.
Obecnie metale ziem rzadkich są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak elektronika, petrochemia, metalurgia, itp. Prawie co 3-5 lat naukowcom udaje się odkryć nowe zastosowania dla metali ziem rzadkich, a na sześć wynalazków jeden nie może obyć się bez metali ziem rzadkich.
Chiny są bogate w minerały ziem rzadkich, zajmując pierwsze miejsce w trzech światowych rankingach: rezerwy, skala produkcji i wolumen eksportu. Jednocześnie Chiny są również jedynym krajem, który może dostarczyć wszystkich 17 metali ziem rzadkich, zwłaszcza średnie i ciężkie metale ziem rzadkich o niezwykle znaczących zastosowaniach wojskowych.
Skład pierwiastków ziem rzadkich
Pierwiastki ziem rzadkich składają się z pierwiastków lantanowców z układu okresowego pierwiastków chemicznych:lantan(La),cer(Cz),prazeodym(Prz.),neodymowy(Nd), promet (Pm),samar(Sm),europ(UE),gadolin(Bóg),terb(Tb),dysproz(Dy),holm(Dom),erb(Ej),tul(Tm),iterb(Yb),lutet(Lu) i dwa pierwiastki blisko spokrewnione z lantanowcami:skand(Sc) iitr(T).
To się nazywaRzadkie metale ziem rzadkich, w skrócie Rare Earth.
Klasyfikacja pierwiastków ziem rzadkich
Podział według właściwości fizycznych i chemicznych pierwiastków:
Lekkie pierwiastki ziem rzadkich:skand, itr, lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ
Ciężkie pierwiastki ziem rzadkich:gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb, lutet
Podział według właściwości mineralnych:
Grupa ceru:lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ
Grupa itru:gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb, lutet, skand, itr
Klasyfikacja ze względu na sposób rozdzielania ekstrakcyjnego:
Lekkie metale ziem rzadkich (ekstrakcja kwasowa P204): lantan, cer, prazeodym, neodym
Średnio rzadka ziemia (ekstrakcja o niskiej kwasowości P204):samar, europ, gadolin, terb, dysproz
Ciężkie metale ziem rzadkich (ekstrakcja kwasowa w P204):holm, erb, tul, iterb, lutet, itr
Właściwości pierwiastków ziem rzadkich
Ponad 50 funkcji pierwiastków ziem rzadkich wiąże się z ich unikalną strukturą elektronową 4f, co sprawia, że są one szeroko stosowane zarówno w materiałach tradycyjnych, jak i w dziedzinie nowych materiałów high-tech.
4f orbita elektronowa
1. Właściwości fizyczne i chemiczne
★ Posiada wyraźne właściwości metaliczne; jest srebrzystoszary, z wyjątkiem prazeodymu i neodymu, wydaje się jasnożółty
★ Bogate kolory tlenkowe
★ Tworzą stabilne związki z niemetalami
★ Metaliczny, żywy
★ Łatwo utlenia się w powietrzu
2 Właściwości optoelektroniczne
★ Niewypełniona podwarstwa 4f, w której elektrony 4f są ekranowane przez elektrony zewnętrzne, co skutkuje różnymi terminami widmowymi i poziomami energii
Gdy elektrony 4f przechodzą transformację, mogą absorbować lub emitować promieniowanie o różnych długościach fal, od ultrafioletu, przez zakres widzialny, po podczerwień, co czyni je odpowiednimi materiałami luminescencyjnymi
★ Dobra przewodność, możliwość przygotowania metali ziem rzadkich metodą elektrolizy
Rola elektronów 4f pierwiastków ziem rzadkich w nowych materiałach
1. Materiały wykorzystujące 4f cechy elektroniczne
★ Układ spinu elektronowego 4f:objawia się silnym magnetyzmem – nadaje się do stosowania jako materiały o trwałym magnesie, materiały do obrazowania MRI, czujniki magnetyczne, nadprzewodniki itp.
★ 4f orbitalne przejście elektronowe: przejawia się jako właściwości luminescencyjne – nadaje się do stosowania jako materiały luminescencyjne, takie jak luminofory, lasery podczerwone, wzmacniacze światłowodowe itp.
Przejścia elektronowe w paśmie przewodnika poziomu energetycznego 4f: objawiają się jako właściwości barwiące – nadają się do barwienia i odbarwiania komponentów gorących punktów, pigmentów, olejów ceramicznych, szkła itp.
2 jest pośrednio powiązany z elektronem 4f, wykorzystując promień jonowy, ładunek i właściwości chemiczne
★ Charakterystyka jądrowa:
Mały przekrój absorpcji neutronów cieplnych – nadaje się do stosowania jako materiały konstrukcyjne reaktorów jądrowych itp.
Duży przekrój pochłaniania neutronów – nadaje się do materiałów osłonowych reaktorów jądrowych itp.
★ Promień jonowy, ładunek, właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków ziem rzadkich:
Wady sieci, podobny promień jonowy, właściwości chemiczne, różne ładunki – nadają się do ogrzewania, katalizatorów, elementów czujnikowych itp.
Specyfika strukturalna – nadaje się do stosowania jako materiały katodowe do magazynowania wodoru, materiały pochłaniające mikrofale itp.
Właściwości elektrooptyczne i dielektryczne – nadają się do stosowania jako materiały do modulacji światła, ceramika przezroczysta itp.
Czas publikacji: 06-07-2023