Що такерідкісноземельні?
Історія людства налічує понад 200 років з моменту відкриття рідкісноземельних елементів у 1794 році. Оскільки на той час було знайдено мало рідкісноземельних мінералів, хімічним методом можна було отримати лише невелику кількість нерозчинних у воді оксидів. Історично такі оксиди зазвичай називали «землею», звідси й назва рідкісноземельних елементів.
Насправді, рідкоземельні мінерали не є рідкісними в природі. Рідкоземельні елементи не є землею, а типовим металевим елементом. Їх активний тип поступається лише лужним та лужноземельним металам. У земній корі вони містяться більше, ніж звичайні мідь, цинк, олово, кобальт та нікель.
Наразі рідкісноземельні елементи широко використовуються в різних галузях, таких як електроніка, нафтохімія, металургія тощо. Майже кожні 3-5 років вченим вдається відкрити нові способи застосування рідкісноземельних елементів, і з кожних шостого винаходу не обійтися без рідкісноземельних елементів.
Китай багатий на рідкісноземельні мінерали, посідаючи перше місце у трьох світових рейтингах: за запасами, масштабами виробництва та обсягом експорту. Водночас Китай також є єдиною країною, яка може постачати всі 17 рідкісноземельних металів, особливо середні та важкі рідкісноземельні метали, що мають надзвичайно важливе військове застосування.
Склад рідкоземельних елементів
Рідкоземельні елементи складаються з лантаноїдів у періодичній таблиці хімічних елементів:лантан(Ла),церій(Се),празеодим(Пр),неодим(Nd), прометій (Pm),самарій(См),європію(Єс),гадоліній(Бог),тербій(Тб),диспрозій(Ді),гольмій(Хо),ербій(Ер),тулій(Тм),ітербій(Yb),лютецій(Lu), та два елементи, тісно пов'язані з лантаноїдами:скандій(Наука) таітрій(Т).
Це називаєтьсяРідкісна земля, скорочено як Рідкісна Земля.
Класифікація рідкоземельних елементів
Класифікація елементів за фізичними та хімічними властивостями:
Легкі рідкоземельні елементи:скандій, ітрій, лантан, церій, празеодим, неодим, прометій, самарій, європій
Важкі рідкоземельні елементи:гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій
Класифікація за мінеральними характеристиками:
Група церію:лантан, церій, празеодим, неодим, прометій, самарій, європій
Група ітрію:гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій, скандій, ітрій
Класифікація за методом екстракції та розділення:
Легкі рідкоземельні елементи (слабка кислотність екстракції P204)лантан, церій, празеодим, неодим
Середньоземельні метали (екстракція P204 з низькою кислотністю):самарій, європій, гадоліній, тербій, диспрозій
Важкі рідкоземельні елементи (екстракція кислотністю в P204):гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій, ітрій
Властивості рідкоземельних елементів
Понад 50 функцій рідкоземельних елементів пов'язані з їхньою унікальною 4f-електронною структурою, що робить їх широко використовуваними як у традиційних матеріалах, так і в галузях високотехнологічних нових матеріалів.
4f-орбіта електрона
1. Фізичні та хімічні властивості
★ Має очевидні металеві властивості; сріблясто-сірого кольору, за винятком празеодиму та неодиму, які виглядають світло-жовтими
★ Насичені оксидні кольори
★ Утворюють стабільні сполуки з неметалами
★ Жвавий метал
★ Легко окислюється на повітрі
2 Оптоелектронні властивості
★ Незаповнений 4f-підшар, де 4f-електрони екрановані зовнішніми електронами, що призводить до різних спектральних членів та енергетичних рівнів
Коли 4f-електрони переходять у стан нуклеотидного переходу, вони можуть поглинати або випромінювати випромінювання різної довжини хвиль від ультрафіолетового, видимого до інфрачервоного діапазонів, що робить їх придатними як люмінесцентні матеріали.
★ Добра провідність, здатна готувати рідкоземельні метали методом електролізу
Роль 4f-електронів рідкоземельних елементів у нових матеріалах
1. Матеріали, що використовують електронні функції 4f
★ 4f-розташування спінів електронів:проявляється як сильний магнетизм – придатний для використання як матеріали для постійних магнітів, матеріали для МРТ-візуалізації, магнітні датчики, надпровідники тощо
★ 4f-орбітальний перехід електронапроявляються як люмінесцентні властивості – придатні для використання як люмінесцентні матеріали, такі як люмінофори, інфрачервоні лазери, волоконні підсилювачі тощо
Електронні переходи в провідній смузі енергетичного рівня 4f: проявляються як фарбувальні властивості – придатні для фарбування та знебарвлення компонентів гарячих точок, пігментів, керамічних масел, скла тощо.
2 опосередковано пов'язаний з 4f-електроном, використовуючи іонний радіус, заряд та хімічні властивості
★ Ядерні характеристики:
Малий поперечний переріз поглинання теплових нейтронів – придатний для використання як конструкційні матеріали ядерних реакторів тощо
Великий поперечний переріз поглинання нейтронів – підходить для захисних матеріалів ядерних реакторів тощо
★ Рідкоземельний іонний радіус, заряд, фізичні та хімічні властивості:
Дефекти кристалічної решітки, схожий іонний радіус, хімічні властивості, різні заряди – придатні для нагрівання, каталізатора, чутливого елемента тощо
Структурна специфічність – придатні для використання як катодні матеріали для сплавів для зберігання водню, матеріали для поглинання мікрохвиль тощо
Електрооптичні та діелектричні властивості – придатні для використання як матеріали для модуляції світла, прозора кераміка тощо
Час публікації: 06 липня 2023 р.