Co jevzácné zeminy?
Lidstvo má více než 200 let dlouhou historii od objevu vzácných zemin v roce 1794. Vzhledem k tomu, že v té době bylo nalezeno jen málo minerálů vzácných zemin, bylo možné chemickou metodou získat jen malé množství ve vodě nerozpustných oxidů. Historicky se těmto oxidům běžně říkalo „zemina“, odtud název vzácné zeminy.
Ve skutečnosti minerály vzácných zemin nejsou v přírodě vzácné. Vzácné zeminy nejsou zeminou, ale typickým kovovým prvkem. Jejich aktivní typ je hned po alkalických kovech a kovech alkalických zemin. V zemské kůře mají větší obsah než běžná měď, zinek, cín, kobalt a nikl.
V současné době se vzácné zeminy hojně používají v různých oblastech, jako je elektronika, petrochemie, metalurgie atd. Téměř každé 3–5 let se vědcům podaří objevit nová využití vzácných zemin a z každých šesti vynálezů se bez vzácných zemin neobejde.
Čína je bohatá na minerály vzácných zemin a umístila se na prvním místě ve třech světových žebříčcích: v zásobách, rozsahu produkce a objemu exportu. Zároveň je Čína také jedinou zemí, která může dodat všech 17 kovů vzácných zemin, zejména střední a těžké kovy vzácných zemin s mimořádně významným vojenským využitím.
Složení prvků vzácných zemin
Prvky vzácných zemin se v periodické tabulce chemických prvků skládají z lanthanoidů:lanthan(Los Angeles),cer(Ce),praseodym(Pr),neodym(Nd), promethium (Pm),samarium(Sm),europium(EU),gadolinium(Bůh),terbium(Tb),dysprosium(Dy),holmium(Ho),erbium(Ehm),thulium(Tm),ytterbium(Yb),lutecium(Lu) a dva prvky úzce související s lanthanoidy:skandium(Sc.) ayttrium(A).
Říká se tomuVzácné zeminy, zkráceně Vzácné zeminy.
Klasifikace prvků vzácných zemin
Klasifikace podle fyzikálních a chemických vlastností prvků:
Lehké prvky vzácných zemin:skandium, yttrium, lanthan, cer, praseodym, neodym, promethium, samarium, europium
Těžké prvky vzácných zemin:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutecium
Klasifikace podle minerálních charakteristik:
Skupina ceru:lanthan, cer, praseodym, neodym, promethium, samarium, europium
Skupina yttria:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutecium, skandium, yttrium
Klasifikace extrakční separací:
Lehké kovy vzácných zemin (extrakce P204 se slabou kyselostí)lanthan, cer, praseodym, neodym
Středně vzácné zeminy (extrakce s nízkou kyselostí P204):samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium
Těžké kovy vzácných zemin (extrakce kyselostí v P204):holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutecium, yttrium
Vlastnosti prvků vzácných zemin
Více než 50 funkcí prvků vzácných zemin souvisí s jejich jedinečnou elektronovou strukturou 4f, díky čemuž se široce používají jak v oblasti tradičních materiálů, tak i v oblasti high-tech nových materiálů.
4f elektronová oběžná dráha
1. Fyzikální a chemické vlastnosti
★ Má zjevné kovové vlastnosti; Je stříbrně šedý, s výjimkou praseodymu a neodymu se jeví světle žlutý
★ Syté oxidové barvy
★ Tvoří stabilní sloučeniny s nekovy
★ Živý metal
★ Snadno oxiduje na vzduchu
2 Optoelektronické vlastnosti
★ Nevyplněná 4f podvrstva, kde jsou 4f elektrony stíněny vnějšími elektrony, což má za následek různé spektrální členy a energetické hladiny
Při přechodu 4f elektronů mohou absorbovat nebo emitovat záření různých vlnových délek od ultrafialového, viditelné až po infračervené oblasti, což je činí vhodnými luminiscenčními materiály.
★ Dobrá vodivost, schopná přípravy kovů vzácných zemin elektrolýzou
Úloha 4f elektronů prvků vzácných zemin v nových materiálech
1. Materiály využívající elektronické prvky 4f
★ Uspořádání elektronového spinu 4f:projevuje se jako silný magnetismus – vhodné pro použití jako materiály s permanentními magnety, materiály pro zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), magnetické senzory, supravodiče atd.
★ 4f orbitální elektronový přechodprojevuje se jako luminiscenční vlastnosti – vhodné pro použití jako luminiscenční materiály, jako jsou fosfory, infračervené lasery, vláknové zesilovače atd.
Elektronické přechody v pásmu vodicího energetického pásu 4f: projevující se jako barevné vlastnosti – vhodné pro barvení a odbarvování složek horkých bodů, pigmentů, keramických olejů, skla atd.
2 nepřímo souvisí s elektronem 4f, a to pomocí iontového poloměru, náboje a chemických vlastností.
★ Jaderné vlastnosti:
Malý absorpční průřez tepelných neutronů – vhodný pro použití jako konstrukční materiály jaderných reaktorů atd.
Velký průřez absorpce neutronů – vhodný pro stínící materiály jaderných reaktorů atd.
★ Iontový poloměr, náboj, fyzikální a chemické vlastnosti vzácných zemin:
Mřížkové vady, podobný iontový poloměr, chemické vlastnosti, různé náboje – vhodné pro ohřev, katalyzátor, snímací prvek atd.
Strukturní specifičnost – vhodné pro použití jako katodové materiály ze slitin pro ukládání vodíku, materiály pro mikrovlnnou absorpci atd.
Elektrooptické a dielektrické vlastnosti – vhodné pro použití jako materiály pro modulaci světla, průhledná keramika atd.
Čas zveřejnění: 6. července 2023