אדמה נדירה קסומה | לחשוף סודות שאתה לא יודע

מה זהאדמה נדירה?
לבני אדם יש היסטוריה של למעלה מ-200 שנה מאז גילוי כדורי אדמה נדירים בשנת 1794. מכיוון שנמצאו מעט מינרלים של כדור הארץ נדיר באותה תקופה, ניתן היה להשיג רק כמות קטנה של תחמוצות בלתי מסיסות במים בשיטה כימית. מבחינה היסטורית, תחמוצות כאלה נקראו בדרך כלל "אדמה", ומכאן השם של אדמה נדירה.

למעשה, מינרלים נדירים של כדור הארץ אינם נדירים בטבע. אדמה נדירה אינה אדמה, אלא יסוד מתכת טיפוסי. הסוג הפעיל שלו הוא רק שני למתכות אלקליות ומתכות אדמה אלקליין. יש להם יותר תוכן בקרום מאשר נחושת רגילה, אבץ, בדיל, קובלט וניקל.

כיום, נעשה שימוש נרחב באדמה נדירה בתחומים שונים כמו אלקטרוניקה, פטרוכימיה, מתכות וכו'. כמעט כל 3-5 שנים, מדענים מסוגלים לגלות שימושים חדשים לאפרונות נדירים, ומתוך כל שש המצאות, לא ניתן לעשות זאת. ללא אדמה נדירה.

סין עשירה במינרלים נדירים של אדמה נדירה, במקום הראשון בשלושה דירוגים עולמיים: רזרבות, קנה מידה ייצור ונפח יצוא. יחד עם זאת, סין היא גם המדינה היחידה שיכולה לספק את כל 17 מתכות האדמה הנדירות, במיוחד כדור הארץ הנדירים הבינוני והכבד עם יישומים צבאיים בולטים ביותר.

הרכב יסודות אדמה נדירים

יסודות כדור הארץ נדירים מורכבים מיסודות לנתניד בטבלה המחזורית של יסודות כימיים:לנתנום(לָה),צריום(לִספִירַת הַנוֹצרִים),פרסאודימיום(Pr),ניאודימיום(Nd), פרומתיום (Pm),סמאריום(Sm),אירופיום(האיחוד האירופי),גדוליניום(אלוקים),טרביום(שַׁחֶפֶת),דיספרוזיום(די),הולמיום(הו),ארביום(אה),טוליום(טמ),איטרביום(Yb),לוטטיום(Lu), ושני יסודות הקשורים קשר הדוק ללנתניד:סקנדיום(Sc) ואיטריום(Y).

זה נקראכדור הארץ נדיר, קיצור של כדור הארץ נדיר.

סיווג של יסודות אדמה נדירים

מסווג לפי התכונות הפיזיקליות והכימיות של יסודות:

יסודות אדמה נדירים קלים:סקנדיום, איטריום, לנתנום, סריום, פרסאודימיום, ניאודימיום, פרומתיום, סמאריום, אירופיום

יסודות אדמה נדירים כבדים:גדוליניום, טרביום, דיספרוזיום, הולמיום, ארביום, טוליום, איטרביום, לוטטיום

מסווג לפי מאפייני מינרלים:

קבוצת סריום:לנתנום, צריום, פרסאודימיום, ניאודימיום, פרומתיום, סמריום, אירופיום

קבוצת איטריום:גדוליניום, טרביום, דיספרוזיום, הולמיום, ארביום, טוליום, איטרביום, לוטציום, סקנדיום, איטריום

סיווג לפי הפרדת מיצוי:

אדמה נדירה קלה (מיצוי חומציות חלשה P204): לנתנום, צריום, פרסאודימיום, ניאודימיום

אדמה נדירה בינונית (מיצוי חומציות נמוכה P204):סמאריום, אירופיום, גדוליניום, טרביום, דיספרוזיום

אדמה נדירה כבדה (חילוץ חומציות ב-P204):הולמיום, ארביום, טוליום, איטרביום, לוטטיום, איטריום

מאפיינים של יסודות אדמה נדירים

יותר מ-50 פונקציות של יסודות אדמה נדירים קשורים למבנה האלקטרוני הייחודי שלהם 4f, מה שהופך אותם לשימוש נרחב הן בחומרים מסורתיים והן בתחומי חומרים חדשים בהייטק.

מסלול אלקטרונים 4f

1. תכונות פיזיקליות וכימיות

★ בעל תכונות מתכתיות ברורות; הוא אפור כסוף, פרט לפראזודימיום וניאודימיום, הוא נראה צהוב בהיר

★ צבעי תחמוצת עשירים

★ יוצרים תרכובות יציבות עם לא מתכות

★ מתכת חיה

★ קל לחמצן באוויר

2 מאפיינים אופטואלקטרוניים

★ תת-שכבת 4f לא מלאה, שבה אלקטרונים 4f מוגנים על ידי אלקטרונים חיצוניים, וכתוצאה מכך מונחים ספקטרליים ורמות אנרגיה שונות

כאשר אלקטרונים 4f עוברים, הם יכולים לספוג או לפלוט קרינה באורכי גל שונים מאולטרה סגול, גלוי לאזורי אינפרא אדום, מה שהופך אותם למתאימים כחומרים זוהרים

★ מוליכות טובה, מסוגלת להכין מתכות אדמה נדירות בשיטת אלקטרוליזה

תפקידם של אלקטרונים 4f של יסודות כדור הארץ נדירים בחומרים חדשים

1. חומרים המשתמשים בתכונות אלקטרוניות של 4f

★ סידור ספין אלקטרוני 4f:מתבטא כמגנטיות חזקה - מתאים לשימוש כחומרי מגנט קבוע, חומרי הדמיה MRI, חיישנים מגנטיים, מוליכים וכו'

★ מעבר אלקטרונים מסלולי 4f: בא לידי ביטוי כמאפיינים זוהרים - מתאים לשימוש כחומרים זוהרים כגון זרחנים, לייזרים אינפרא אדום, מגברי סיבים וכו'

מעברים אלקטרוניים ברצועת מנחה רמת האנרגיה 4f: באים לידי ביטוי כמאפייני צביעה - מתאימים לצביעה והפחתת צבע של רכיבי נקודה חמה, פיגמנטים, שמנים קרמיים, זכוכית וכו'

2 קשור בעקיפין לאלקטרון 4f, תוך שימוש ברדיוס יוני, מטען ותכונות כימיות

★ מאפיינים גרעיניים:

 חתך ספיגת נויטרונים תרמי קטן - מתאים לשימוש כחומרי מבנה של כורים גרעיניים וכו'

 חתך רוחב קליטת נויטרונים גדול – מתאים למיגון חומרים של כורים גרעיניים וכו'

★ רדיוס יוני של כדור הארץ נדיר, מטען, תכונות פיזיקליות וכימיות:

 פגמי סריג, רדיוס יוני דומה, תכונות כימיות, מטענים שונים - מתאימים לחימום, זרז, אלמנט חישה וכו'

ספציפיות מבנית - מתאים לשימוש כחומרי קתודה מסגסוגת אגירת מימן, חומרי ספיגת מיקרוגל וכו'

מאפיינים אלקטרו אופטיים ודיאלקטריים - מתאימים לשימוש כחומרי אפנון אור, קרמיקה שקופה וכו'