כדור הארץ הנדיר והקסום | חשיפת סודות שלא ידעתם

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

למעשה, מינרלים מסוג "ארץ נדירה" אינם נדירים בטבע. "ארץ נדירה" אינה "ארץ נדירה", אלא יסוד מתכתי טיפוסי. הסוג הפעיל שלה הוא שני רק למתכות אלקליות ומתכות אדמה אלקליות. יש להן תכולה גבוהה יותר בקרום מאשר נחושת, אבץ, בדיל, קובלט וניקל רגילים.

כיום, מתכות נדירות נמצאות בשימוש נרחב בתחומים שונים כמו אלקטרוניקה, פטרוכימיה, מטלורגיה וכו'. כמעט כל 3-5 שנים, מדענים מצליחים לגלות שימושים חדשים למתכות נדירות, ומתוך כל שש המצאות, אי אפשר להסתדר בלי מתכות נדירות.

סין עשירה במינרלי אדמה נדירה, ומדורגת במקום הראשון בשלושה דירוגים עולמיים: עתודות, היקף ייצור ונפח יצוא. במקביל, סין היא גם המדינה היחידה שיכולה לספק את כל 17 מתכות האדמה הנדירות, במיוחד את מתכות האדמה הנדירות הבינוניות והכבדות בעלות יישומים צבאיים בולטים ביותר.

הרכב יסודות אדמה נדירות

יסודות אדמה נדירים מורכבים מיסודות לנתניד בטבלה המחזורית של היסודות הכימיים:לנתן(לָה),צריום(לִספִירַת הַנוֹצרִים),פרסאודימיום(יחס ציבורי),ניאודימיום(Nd), פרומתיום (Pm),סמריום(סמ),אירופיום(האיחוד האירופי),גדוליניום(אלוהים),טרביום(שַׁחֶפֶת),דיספרוזיום(דיי),הולמיום(הו),ארביום(אה),תוליום(Tm),איטרביום(י"ב),לוטציום(Lu), ושני יסודות הקשורים קשר הדוק ללנתניד:סקנדיום(מדעי המחשב) ואיטריום(י).

זה נקראכדור הארץ הנדיר, בקיצור כדור הארץ הנדיר.

סיווג של יסודות אדמה נדירים

מסווג לפי תכונות פיזיקליות וכימיות 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 צריום:לנתן, 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)לנתן, צריום, פרסאודימיום, ניאודימיום

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

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

תכונות של יסודות אדמה נדירים

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

מסלול אלקטרונים 4f

1. תכונות פיזיקליות וכימיות

★ בעל תכונות מתכתיות ברורות; הוא אפור כסוף, למעט פרסאודימיום וניאודימיום, הוא נראה צהוב בהיר

★ צבעי תחמוצת עשירים

★ יוצרים תרכובות יציבות עם אל-מתכות

★ מטאל תוסס

★ קל לחמצון באוויר

2 תכונות אופטואלקטרוניות

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

כאשר אלקטרונים של 4f עוברים, הם יכולים לספוג או לפלוט קרינה באורכי גל שונים מאזורים אולטרה סגולים, הנראים עד אינפרא אדום, מה שהופך אותם למתאימים כחומרים זוהרים.

★ מוליכות טובה, מסוגלת להכין מתכות אדמה נדירות בשיטת אלקטרוליזה

תפקידם של אלקטרונים 4f של יסודות אדמה נדירים בחומרים חדשים

1. חומרים המשתמשים בתכונות אלקטרוניות 4f

★ סידור ספין אלקטרונים 4f:מתבטא כמגנטיות חזקה - מתאים לשימוש כחומרים של מגנט קבוע, חומרי הדמיית MRI, חיישנים מגנטיים, מוליכי-על וכו'

★ מעבר אלקטרונים אורביטלי 4fמתבטאים כתכונות זוהרות - מתאים לשימוש כחומרים זוהרים כגון זרחנים, לייזרים אינפרא אדום, מגברי סיבים וכו'.

מעברים אלקטרוניים בפס ההנחיה של רמת האנרגיה 4f: מתבטאים כתכונות צביעה - מתאים לצביעה והסרת צבע של רכיבי נקודות חמות, פיגמנטים, שמנים קרמיים, זכוכית וכו'.

2 קשור בעקיפין לאלקטרון 4f, באמצעות רדיוס יוני, מטען ותכונות כימיות

★ מאפיינים גרעיניים:

חתך רוחב בליעת נויטרונים תרמיים קטן - מתאים לשימוש כחומרי מבנה של כורים גרעיניים וכו'.

חתך רוחב גדול של בליעת נויטרונים - מתאים לחומרי מיגון של כורים גרעיניים וכו'.

★ רדיוס יוני של אדמה נדירה, מטען, תכונות פיזיקליות וכימיות:

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

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

תכונות אלקטרו-אופטיות ודיאלקטריות - מתאים לשימוש כחומרי אפנון אור, קרמיקה שקופה וכו'.