Какво ерядкоземни?
Човечеството има история от над 200 години, откакто са открити редкоземните елементи през 1794 г. Тъй като по това време са били открити малко редкоземни минерали, само малко количество неразтворими във вода оксиди е можело да бъде получено по химичен път. В миналото такива оксиди са били наричани „земя“, откъдето идва и името редкоземни елементи.
Всъщност, редкоземните минерали не са рядкост в природата. Рядкоземните елементи не са земни елементи, а типичен метален елемент. Активният им тип е вторият по големина след алкалните и алкалоземните метали. Те имат по-голямо съдържание в земната кора от обикновените мед, цинк, калай, кобалт и никел.
В момента редкоземните елементи се използват широко в различни области като електроника, нефтохимика, металургия и др. Почти на всеки 3-5 години учените успяват да открият нови приложения на редкоземните елементи и от всеки шест изобретения едно не може без редкоземни елементи.
Китай е богат на редкоземни минерали, като се нарежда на първо място в три световни класации: по резерви, мащаб на производство и обем на износа. В същото време Китай е и единствената страна, която може да осигури всичките 17 редкоземни метала, особено средните и тежките редкоземни метали с изключително важни военни приложения.
Състав на редкоземните елементи
Редкоземните елементи са съставени от лантанидни елементи в периодичната таблица на химичните елементи:лантан(Ла),церий(Се),празеодим(Пр),неодим(Nd), прометий (Pm),самарий(См),европий(ЕС),гадолиний(Бог),тербий(Тб),диспрозиум(Ди),холмий(Хо),ербий(Ър),тулий(Тм),итербий(Yb),лутеций(Lu) и два елемента, тясно свързани с лантанида:скандий(Наука) иитрий(Й).
Нарича сеРядка земя, съкратено като Редка земя.
Класификация на редкоземните елементи
Класифицирани по физични и химични свойства на елементите:
Леки редкоземни елементи:скандий, итрий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий
Тежки редкоземни елементи:гадолиний, тербий, диспрозий, холмий, ербий, тулий, итербий, лутеций
Класифицирани по минерални характеристики:
Цериева група:лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий
Итриева група:гадолиний, тербий, диспрозий, холмий, ербий, тулий, итербий, лутеций, скандий, итрий
Класификация чрез екстракционно разделяне:
Леки редкоземни елементи (P204 екстракция със слаба киселинност)лантан, церий, празеодим, неодим
Средно редкоземни елементи (екстракция с ниска киселинност на P204):самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий
Тежки редкоземни елементи (екстракция на киселинност в P204):холмий, ербий, тулий, итербий, лутеций, итрий
Свойства на редкоземните елементи
Повече от 50 функции на редкоземните елементи са свързани с тяхната уникална 4f електронна структура, което ги прави широко използвани както в традиционните материали, така и в областта на високотехнологичните нови материали.
4f електронна орбита
1. Физични и химични свойства
★ Има очевидни метални свойства; Сребристосив е на цвят, с изключение на празеодима и неодима, които изглеждат светложълти
★ Наситени оксидни цветове
★ Образуват стабилни съединения с неметали
★ Оживен метал
★ Лесно се окислява във въздуха
2 Оптоелектронни свойства
★ Незапълнен 4f подслой, където 4f електроните са екранирани от външни електрони, което води до различни спектрални термини и енергийни нива
Когато 4f електроните преминават, те могат да абсорбират или излъчват лъчение с различни дължини на вълната от ултравиолетови, видими до инфрачервени области, което ги прави подходящи като луминесцентни материали.
★ Добра проводимост, способна да приготвя редкоземни метали чрез електролиза
Ролята на 4f електроните на редкоземните елементи в новите материали
1. Материали, използващи 4f електронни характеристики
★ 4f подредба на електронния спин:проявява се като силен магнетизъм – подходящ за употреба като материали за постоянни магнити, материали за ЯМР изображения, магнитни сензори, свръхпроводници и др.
★ 4f орбитален електронен преход: проявява се като луминесцентни свойства – подходящ за употреба като луминесцентни материали като фосфори, инфрачервени лазери, влакнести усилватели и др.
Електронни преходи във водещата лента на енергийното ниво 4f: проявяват се като оцветяващи свойства – подходящи за оцветяване и обезцветяване на компоненти от горещи точки, пигменти, керамични масла, стъкло и др.
2 е косвено свързан с 4f електрона, използвайки йонния радиус, заряда и химичните свойства.
★ Ядрени характеристики:
Малко напречно сечение на поглъщане на топлинни неутрони – подходящо за употреба като структурни материали за ядрени реактори и др.
Голямо напречно сечение на неутронно поглъщане – подходящо за екраниращи материали на ядрени реактори и др.
★ Йонен радиус, заряд, физични и химични свойства на редкоземните елементи:
Дефекти в решетката, подобен йонен радиус, химични свойства, различни заряди – подходящи за нагряване, катализатор, сензорен елемент и др.
Структурна специфичност – подходяща за употреба като катодни материали от сплави за съхранение на водород, материали за микровълнова абсорбция и др.
Електрооптични и диелектрични свойства – подходящи за употреба като материали за модулация на светлината, прозрачна керамика и др.
Време на публикуване: 06 юли 2023 г.