Čo jevzácnych zemín?
Ľudstvo má viac ako 200-ročnú históriu od objavenia vzácnych zemín v roku 1794. Keďže v tom čase sa našlo len málo minerálov vzácnych zemín, chemickou metódou bolo možné získať len malé množstvo vo vode nerozpustných oxidov. Historicky sa takéto oxidy bežne nazývali „zemina“, odtiaľ pochádza aj názov vzácna zemina.
V skutočnosti minerály vzácnych zemín nie sú v prírode vzácne. Vzácne zeminy nie sú zem, ale typický kovový prvok. Ich aktívny typ je hneď na druhom mieste po alkalických kovoch a kovoch alkalických zemín. V zemskej kôre majú väčší obsah ako bežná meď, zinok, cín, kobalt a nikel.
V súčasnosti sa vzácne zeminy hojne používajú v rôznych oblastiach, ako je elektronika, petrochémia, metalurgia atď. Takmer každé 3 až 5 rokov sa vedcom podarí objaviť nové využitie vzácnych zemín a z každých šiestich vynálezov sa jeden nezaobíde bez vzácnych zemín.
Čína je bohatá na vzácne zeminy a v troch svetových rebríčkoch sa umiestňuje na prvom mieste: v zásobách, rozsahu produkcie a objeme exportu. Zároveň je Čína jedinou krajinou, ktorá dokáže dodať všetkých 17 kovov vzácnych zemín, najmä stredne ťažké a ťažké vzácne zeminy s mimoriadne významným vojenským využitím.
Zloženie prvkov vzácnych zemín
Prvky vzácnych zemín sú zložené z lantanoidových prvkov v periodickej tabuľke chemických prvkov:lantán(La),cér(Ce),prazeodým(Pr),neodým(Nd), promethium (Pm),samárium(Sm),európium(EÚ),gadolínium(Boh),terbium(Tb),dysprózium(Dy),holmium(Ho),erbium(Ehm),túlium(Tm),yterbium(Yb),lutécium(Lu) a dva prvky úzko súvisiace s lantanoidmi:skandium(Sc.) aytrium(Áno).
Nazýva sa toVzácna zem, skrátene Vzácna zem.
Klasifikácia prvkov vzácnych zemín
Klasifikácia prvkov podľa fyzikálnych a chemických vlastností:
Ľahké prvky vzácnych zemín:skandium, ytrium, lantán, cér, prazeodým, neodým, promethium, samárium, európium
Ťažké prvky vzácnych zemín:gadolínium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium
Klasifikácia podľa minerálnych charakteristík:
Skupina céru:lantán, cér, prazeodým, neodým, promethium, samárium, europium
Skupina ytria:gadolínium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, skandium, ytrium
Klasifikácia extrakčnou separáciou:
Ľahké vzácne zeminy (extrakcia P204 so slabou kyslosťou)lantán, cér, prazeodým, neodým
Stredne vzácne zeminy (extrakcia s nízkou kyslosťou P204):samárium, europium, gadolínium, terbium, dysprosium
Ťažké kovy vzácnych zemín (extrakcia kyslosťou v P204):holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, ytrium
Vlastnosti prvkov vzácnych zemín
Viac ako 50 funkcií prvkov vzácnych zemín súvisí s ich jedinečnou 4f elektrónovou štruktúrou, vďaka čomu sa široko používajú v tradičných materiáloch aj v oblasti high-tech nových materiálov.
4f elektrónová obežná dráha
1. Fyzikálne a chemické vlastnosti
★ Má zjavné kovové vlastnosti; Je striebornošedý, s výnimkou prazeodýmu a neodýmu sa javí ako svetložltý
★ Sýte oxidové farby
★ Tvoria stabilné zlúčeniny s nekovmi
★ Živý metal
★ Ľahko oxiduje na vzduchu
2 Optoelektronické vlastnosti
★ Nevyplnená 4f podvrstva, kde sú 4f elektróny tienené vonkajšími elektrónmi, čo má za následok rôzne spektrálne členy a energetické hladiny
Keď 4f elektróny prechádzajú, môžu absorbovať alebo emitovať žiarenie rôznych vlnových dĺžok od ultrafialového, viditeľného až po infračervené oblasti, vďaka čomu sú vhodné ako luminiscenčné materiály.
★ Dobrá vodivosť, schopná pripraviť kovy vzácnych zemín elektrolýzou
Úloha 4f elektrónov prvkov vzácnych zemín v nových materiáloch
1. Materiály využívajúce elektronické funkcie 4f
★ 4f usporiadanie spinu elektrónov:prejavuje sa ako silný magnetizmus – vhodné na použitie ako materiály s permanentnými magnetmi, materiály pre zobrazovanie magnetickou rezonanciou, magnetické senzory, supravodiče atď.
★ 4f orbitálny elektrónový prechodprejavujú sa ako luminiscenčné vlastnosti – vhodné na použitie ako luminiscenčné materiály, ako sú fosfory, infračervené lasery, vláknové zosilňovače atď.
Elektronické prechody v pásme vodiacej energetickej hladiny 4f: prejavujúce sa ako farebné vlastnosti – vhodné na farbenie a odfarbovanie zložiek horúcich bodov, pigmentov, keramických olejov, skla atď.
2 nepriamo súvisí s 4f elektrónom, s použitím iónového polomeru, náboja a chemických vlastností
★ Jadrové charakteristiky:
Malý absorpčný prierez tepelných neutrónov – vhodný na použitie ako konštrukčné materiály jadrových reaktorov atď.
Veľký prierez absorpcie neutrónov – vhodný na tienenie materiálov jadrových reaktorov atď.
★ Iónový polomer, náboj, fyzikálne a chemické vlastnosti vzácnych zemín:
Mriežkové defekty, podobný iónový polomer, chemické vlastnosti, rôzne náboje – vhodné na ohrev, katalyzátor, snímací prvok atď.
Štrukturálna špecifickosť – vhodné na použitie ako katódové materiály zliatin na ukladanie vodíka, materiály na absorpciu mikrovlnných rúr atď.
Elektrooptické a dielektrické vlastnosti – vhodné na použitie ako materiály na moduláciu svetla, priehľadná keramika atď.
Čas uverejnenia: 6. júla 2023