كيف تُمكّن العناصر الأرضية النادرة التكنولوجيا الحديثة من التطور

في أوبرا فرانك هربرت الفضائية "الكثبان الرملية"، تُمكّن مادة طبيعية ثمينة تُسمى "خليط التوابل" الناس من استكشاف الكون الشاسع وتأسيس حضارة بين النجوم. أما في الحياة الواقعية على الأرض، فقد أتاحت مجموعة من المعادن الطبيعية تُسمى العناصر الأرضية النادرة التكنولوجيا الحديثة. ويشهد الطلب على هذه المكونات الأساسية في جميع المنتجات الإلكترونية الحديثة تقريبًا ارتفاعًا حادًا.

المعادن النادرةتلبية آلاف الاحتياجات المختلفة - على سبيل المثال، يتم استخدام السيريوم كمحفز لتكرير النفط، بينماالغادولينيومتحبس النيوترونات في المفاعلات النووية. لكن أبرز قدرات هذه العناصر تكمن في تألقها ومغناطيسيتها.

نعتمد على المعادن النادرة لتلوين شاشات هواتفنا الذكية، واستخدام الفلوريسنت لإظهار مصداقية أوراق اليورو النقدية، ونقل الإشارات في قاع البحر عبر كابلات الألياف الضوئية. كما أنها ضرورية لتصنيع بعض أقوى المغناطيسات وأكثرها موثوقية في العالم. فهي تُولّد موجات صوتية في سماعات الرأس، وتُحسّن المعلومات الرقمية في الفضاء، وتُغيّر مسار صواريخ البحث الحراري. كما تُعزز المعادن النادرة تطوير التقنيات الخضراء، مثل طاقة الرياح والمركبات الكهربائية، وقد تُنتج مكونات جديدة للحاسوب الكمومي. صرّح ستيفن بويد، الكيميائي الاصطناعي والمستشار المستقل، قائلاً: "هذه القائمة لا تنتهي. إنها في كل مكان".

تشير العناصر الأرضية النادرة إلى اللانثانيد اللوتيتيوم و14 عنصرًا بين اللانثانوم والإيتريوم، والتي غالبًا ما توجد في نفس الرواسب، ولها خصائص كيميائية مشابهة للانثانيدات. تتميز هذه المعادن، التي يتراوح لونها بين الرمادي والفضي، عادةً بلدونتها ودرجات انصهارها وغليانها العالية. تكمن قوتها السرية في إلكتروناتها. جميع الذرات لها نواة محاطة بإلكترونات، وتوجد في منطقة تُسمى المدار. الإلكترونات الموجودة في المدار الأبعد عن النواة هي إلكترونات التكافؤ، والتي تشارك في التفاعلات الكيميائية وتُشكل روابط مع ذرات أخرى.

تحتوي معظم اللانثانيدات على مجموعة مهمة أخرى من الإلكترونات، تُسمى "إلكترونات f"، والتي توجد في المنطقة الذهبية بالقرب من إلكترون التكافؤ، ولكنها قريبة قليلاً من النواة. صرحت آنا دي بيتنكورت دياس، عالمة الكيمياء غير العضوية في جامعة نيفادا، رينو: "إن إلكترونات f هذه هي التي تُسبب الخصائص المغناطيسية والتوهجية للعناصر الأرضية النادرة".

العناصر الأرضية النادرة هي مجموعة من 17 عنصرًا (مُشار إليها باللون الأزرق في الجدول الدوري). تُسمى مجموعة فرعية من العناصر الأرضية النادرة باللانثانيدات. (اللوتيتيوم، لو، بالإضافة إلى الخط الذي يرأسهاللانثانوميحتوي كل عنصر على غلاف، يحتوي عادةً على إلكترونات f، مما يجعل هذه العناصر تتمتع بخواص مغناطيسية ومضيئة.