Што такоерэдказямельныя?
Гісторыя чалавецтва налічвае больш за 200 гадоў з моманту адкрыцця рэдказямельных элементаў у 1794 годзе. Паколькі ў той час было знойдзена мала рэдказямельных мінералаў, хімічным метадам можна было атрымаць толькі невялікую колькасць нерастваральных у вадзе аксідаў. Гістарычна такія аксіды звычайна называлі «зямлёй», адсюль і назва рэдказямельных элементаў.
Насамрэч, рэдказямельныя мінералы не з'яўляюцца рэдкімі ў прыродзе. Рэдказямельныя элементы — гэта не зямля, а тыповы металічны элемент. Па актыўнасці яны саступаюць толькі шчолачным і шчолачназямельным металам. У зямной кары яны ўтрымліваюцца больш, чым звычайныя медзь, цынк, волава, кобальт і нікель.
У цяперашні час рэдказямельныя элементы шырока выкарыстоўваюцца ў розных галінах, такіх як электроніка, нафтахімія, металургія і г.д. Амаль кожныя 3-5 гадоў навукоўцам удаецца адкрываць новыя спосабы прымянення рэдказямельных элементаў, і з кожных шостых вынаходніцтваў не абыходзіцца без рэдказямельных элементаў.
Кітай багаты на рэдказямельныя мінералы і займае першае месца ў трох сусветных рэйтынгах: па запасах, маштабах здабычы і аб'ёмах экспарту. У той жа час Кітай таксама з'яўляецца адзінай краінай, якая можа забяспечыць усе 17 рэдказямельных металаў, асабліва сярэднія і цяжкія рэдказямельныя элементы, якія маюць надзвычай важнае ваеннае прымяненне.
Склад рэдказямельных элементаў
Рэдказямельныя элементы складаюцца з лантанідаў у перыядычнай табліцы хімічных элементаў:лантан(Ла),цэрый(Се),празеадым(Пр),неадым(Nd), праметый (Pm),самарый(См),еўрапію(ЕС),гадаліній(Бог),тэрбій(Тб),дыспразій(Дзень),гольмій(Хо),эрбій(Э-э),тулій(Тм),ітэрбій(Yb),лютэцый(Lu), і два элементы, цесна звязаныя з лантанідамі:скандый(Н.с.) іітрый(Я).
Гэта называеццаРэдкая зямля, скарочана як Рэдкая Зямля.
Класіфікацыя рэдказямельных элементаў
Класіфікацыя элементаў па фізічных і хімічных уласцівасцях:
Лёгкія рэдказямельныя элементы:скандый, ітрый, лантан, цэрый, празеадым, неадым, праметый, самарый, еўрапій
Цяжкія рэдказямельныя элементы:гадоліній, тэрбій, дыспрозій, гольмій, эрбій, тулій, ітэрбій, лютэцый
Класіфікацыя па характарыстыках мінералаў:
Група цэрыя:лантан, цэрый, празеадым, неадым, праметый, самарый, еўропій
Група ітрыю:гадоліній, тэрбій, дыспрозій, гольмій, эрбій, тулій, ітэрбій, лютэцый, скандый, ітрый
Класіфікацыя па экстракцыі і падзелу:
Лёгкія рэдказямельныя (экстракцыя P204 са слабой кіслотнасцю)лантан, цэрый, празеадым, неадым
Сярэднія рэдказямельныя (экстракцыя P204 з нізкай кіслотнасцю):самарый, еўропій, гадаліній, тэрбій, дыспразій
Цяжкія рэдказямельныя элементы (кіслотная экстракцыя ў P204):гольмій, эрбій, тулій, ітэрбій, лютэцый, ітрый
Уласцівасці рэдказямельных элементаў
Больш за 50 функцый рэдказямельных элементаў звязаны з іх унікальнай 4f-электроннай структурай, што робіць іх шырока выкарыстоўванымі як у традыцыйных матэрыялах, так і ў высокатэхналагічных новых матэрыялах.
4f-арбіта электрона
1. Фізічныя і хімічныя ўласцівасці
★ Мае відавочныя металічныя ўласцівасці; ён серабрыста-шэрага колеру, за выключэннем празеадыму і неадыму, якія выглядаюць светла-жоўтымі
★ Насычаныя аксідныя колеры
★ Утвараюць стабільныя злучэнні з неметаламі
★ Жвавы метал
★ Лёгка акісляецца на паветры
2 Оптаэлектронныя ўласцівасці
★ Незапоўнены 4f-падслой, дзе 4f-электроны экрануюцца знешнімі электронамі, што прыводзіць да розных спектральных членаў і энергетычных узроўняў
Пры пераходзе 4f-электронаў яны могуць паглынаць або выпраменьваць выпраменьванне рознай даўжыні хваль ад ультрафіялетавага, бачнага да інфрачырвонага дыяпазону, што робіць іх прыдатнымі ў якасці люмінесцэнтных матэрыялаў.
★ Добрая праводнасць, здольная атрымліваць рэдказямельныя металы метадам электролізу
Роля 4f-электронаў рэдказямельных элементаў у новых матэрыялах
1. Матэрыялы, якія выкарыстоўваюць электронныя функцыі 4f
★ 4f-спінная схема электронаў:праяўляецца як моцны магнетызм — падыходзіць для выкарыстання ў якасці матэрыялаў для пастаянных магнітаў, матэрыялаў для МРТ, магнітных датчыкаў, звышправаднікоў і г.д.
★ 4f-арбітальны пераход электронапраяўляюцца як люмінесцэнтныя ўласцівасці — падыходзяць для выкарыстання ў якасці люмінесцэнтных матэрыялаў, такіх як люмінафоры, інфрачырвоныя лазеры, валаконныя ўзмацняльнікі і г.д.
Электронныя пераходы ў кіруючай паласе энергетычнага ўзроўню 4f: праяўляюцца як фарбавальныя ўласцівасці — падыходзяць для афарбоўвання і абескаляроўвання кампанентаў гарачых кропак, пігментаў, керамічных алеяў, шкла і г.д.
2 ускосна звязаны з 4f-электронам, выкарыстоўваючы іённы радыус, зарад і хімічныя ўласцівасці
★ Ядзерныя характарыстыкі:
Малы папярочны сячэнне паглынання цеплавых нейтронаў — падыходзіць для выкарыстання ў якасці канструкцыйных матэрыялаў ядзерных рэактараў і г.д.
Вялікі папярочны сячэнне паглынання нейтронаў — падыходзіць для экраніруючых матэрыялаў ядзерных рэактараў і г.д.
★ Радыус рэдказямельных іёнаў, зарад, фізічныя і хімічныя ўласцівасці:
Дэфекты рашоткі, падобны іённы радыус, хімічныя ўласцівасці, розныя зарады - падыходзяць для награвання, каталізатара, адчувальнага элемента і г.д.
Структурная спецыфічнасць — падыходзіць для выкарыстання ў якасці катодных матэрыялаў для сплаваў для захоўвання вадароду, матэрыялаў для паглынання мікрахвалаў і г.д.
Электрааптычныя і дыэлектрычныя ўласцівасці — падыходзяць для выкарыстання ў якасці матэрыялаў для мадуляцыі святла, празрыстай керамікі і г.д.
Час публікацыі: 06 ліпеня 2023 г.