Kaj jeredka zemlja?
Človeštvo ima več kot 200 let dolgo zgodovino, odkar so leta 1794 odkrili redke zemlje. Ker je bilo takrat najdenih le malo redkih zemeljskih mineralov, je bilo mogoče s kemično metodo pridobiti le majhno količino v vodi netopnih oksidov. Zgodovinsko gledano so take okside običajno imenovali »zemlja«, od tod tudi ime redke zemlje.
Pravzaprav redkozemeljski minerali v naravi niso redki. Redkozemeljski elementi niso zemlja, temveč tipičen kovinski element. Njihova aktivna vrsta je na drugem mestu za alkalijskimi in zemeljskoalkalijskimi kovinami. V skorji jih je več kot običajnega bakra, cinka, kositra, kobalta in niklja.
Trenutno se redke zemlje pogosto uporabljajo na različnih področjih, kot so elektronika, petrokemija, metalurgija itd. Skoraj vsakih 3–5 let znanstveniki odkrijejo nove načine uporabe redkih zemelj, od vsakih šestih izumov pa ne moremo brez redkih zemelj.
Kitajska je bogata z redkimi zemeljskimi minerali in se uvršča na prvo mesto na svetu v treh kategorijah: po rezervah, obsegu proizvodnje in obsegu izvoza. Hkrati je Kitajska tudi edina država, ki lahko zagotovi vseh 17 redkih zemeljskih kovin, zlasti srednje težke in težke redke zemeljske kovine z izjemno pomembno vojaško uporabo.
Sestava redkih zemeljskih elementov
Redkozemeljski elementi so sestavljeni iz lantanoidnih elementov v periodnem sistemu kemijskih elementov:lantan(La),cerij(Ce),prazeodim(Pr),neodim(Nd), prometij (Pm),samarij(Sm),evropij(EU),gadolinij(Bog),terbij(Tb),disprozij(Dy),holmij(Ho),erbij(Er),tulij(Tm),iterbij(Yb),lutecij(Lu) in dva elementa, ki sta tesno povezana z lantanidom:skandij(Sc) initrij(D).
Imenuje seRedka zemlja, skrajšano kot Redka zemlja.
Klasifikacija redkih zemeljskih elementov
Razvrščeni po fizikalnih in kemijskih lastnostih elementov:
Lahki redkozemeljski elementi:skandij, itrij, lantan, cerij, prazeodim, neodim, prometij, samarij, evropij
Težki redkozemeljski elementi:gadolinij, terbij, disprozij, holmij, erbij, tulij, iterbij, lutecij
Razvrščeno po mineralnih značilnostih:
Cerijeva skupina:lantan, cerij, prazeodim, neodim, prometij, samarij, evropij
Itrijeva skupina:gadolinij, terbij, disprozij, holmij, erbij, tulij, iterbij, lutecij, skandij, itrij
Razvrstitev z ločevanjem po ekstrakciji:
Lahka redka zemlja (ekstrakcija s P204 in šibko kislostjo)lantan, cerij, prazeodim, neodim
Srednje redke zemeljske kovine (ekstrakcija P204 z nizko kislostjo):samarij, evropij, gadolinij, terbij, disprozij
Težke redke zemje (ekstrakcija s kislino v P204):holmij, erbij, tulij, iterbij, lutecij, itrij
Lastnosti redkozemeljskih elementov
Več kot 50 funkcij redkozemeljskih elementov je povezanih z njihovo edinstveno 4f elektronsko strukturo, zaradi česar se pogosto uporabljajo tako na področju tradicionalnih materialov kot tudi na področju visokotehnoloških novih materialov.
4f elektronska orbita
1. Fizikalne in kemijske lastnosti
★ Ima očitne kovinske lastnosti; je srebrno sive barve, razen prazeodima in neodima, ki sta svetlo rumena
★ Bogate oksidne barve
★ Z nekovinami tvorijo stabilne spojine
★ Živahna kovina
★ Enostavno oksidira na zraku
2 Optoelektronske lastnosti
★ Nezapolnjena 4f podplast, kjer so 4f elektroni zaščiteni z zunanjimi elektroni, kar ima za posledico različne spektralne člene in energijske nivoje
Ko 4f elektroni preidejo, lahko absorbirajo ali oddajajo sevanje različnih valovnih dolžin od ultravijoličnega, vidnega do infrardečega območja, zaradi česar so primerni kot luminiscenčni materiali.
★ Dobra prevodnost, sposobna priprave redkih zemeljskih kovin z elektrolizo
Vloga 4f elektronov redkozemeljskih elementov v novih materialih
1. Materiali, ki uporabljajo elektronske funkcije 4f
★ 4f razporeditev elektronskih spinov:se kaže kot močan magnetizem – primeren za uporabo kot materiali s trajnimi magneti, materiali za slikanje z magnetno resonanco, magnetni senzorji, superprevodniki itd.
★ 4f orbitalni elektronski prehod: se kaže kot luminiscenčne lastnosti – primerno za uporabo kot luminiscenčni materiali, kot so fosforji, infrardeči laserji, vlakneni ojačevalniki itd.
Elektronski prehodi v vodilnem pasu energijskega nivoja 4f: kažejo se kot barvne lastnosti – primerni za barvanje in razbarvanje komponent vročih točk, pigmentov, keramičnih olj, stekla itd.
2 je posredno povezan s 4f elektronom, z uporabo ionskega polmera, naboja in kemijskih lastnosti
★ Jedrske značilnosti:
Majhen absorpcijski presek toplotnih nevtronov – primeren za uporabo kot konstrukcijski materiali jedrskih reaktorjev itd.
Velik presek absorpcije nevtronov – primeren za zaščitne materiale jedrskih reaktorjev itd.
★ Redkozemeljski ionski polmer, naboj, fizikalne in kemijske lastnosti:
Napake v kristalni mreži, podoben ionski polmer, kemijske lastnosti, različni naboji – primerno za ogrevanje, katalizator, senzor itd.
Strukturna specifičnost – primerna za uporabo kot katodni materiali zlitin za shranjevanje vodika, materiali za absorpcijo mikrovalov itd.
Elektrooptične in dielektrične lastnosti – primerne za uporabo kot materiali za modulacijo svetlobe, prozorna keramika itd.
Čas objave: 6. julij 2023