كيف تجعل العناصر الأرضية النادرة التكنولوجيا الحديثة ممكنة

في أوبرا فرانك هربرت الفضائية "الكثبان"، هناك مادة طبيعية ثمينة تسمى "خليط التوابل" تمنح الناس القدرة على الإبحار في الكون الشاسع لتأسيس حضارة بين النجوم. في الحياة الحقيقية على الأرض، جعلت مجموعة من المعادن الطبيعية تسمى العناصر الأرضية النادرة التكنولوجيا الحديثة ممكنة. الطلب على هذه المكونات الرئيسية لجميع المنتجات الإلكترونية الحديثة تقريبا آخذ في الارتفاع بشكل حاد.

الأتربة النادرةتلبي الآلاف من الاحتياجات المختلفة - على سبيل المثال، يستخدم السيريوم كمحفز لتكرير النفط، بينماالجادولينيوميحبس النيوترونات في المفاعلات النووية. لكن القدرة الأبرز لهذه العناصر تكمن في تألقها ومغناطيسيتها.

نحن نعتمد على الأتربة النادرة لتلوين شاشة هواتفنا الذكية، واستخدام الفلورسنت لإظهار أصالة الأوراق النقدية باليورو، ونقل الإشارات في قاع البحر من خلال كابلات الألياف الضوئية. كما أنها ضرورية لتصنيع بعض أقوى المغناطيسات وأكثرها موثوقية في العالم. إنها تولد موجات صوتية في سماعات الرأس، وتعزز المعلومات الرقمية في الفضاء، وتغير مسار صواريخ البحث الحراري. تعمل التربة النادرة أيضًا على تعزيز تطوير التقنيات الخضراء، مثل طاقة الرياح والمركبات الكهربائية، وقد تنتج أيضًا مكونات جديدة للحاسوب الكمومي. وقال ستيفن بويد، الكيميائي الاصطناعي والمستشار المستقل: “هذه القائمة لا نهاية لها. هم في كل مكان

تشير الأتربة النادرة إلى اللانثانيد اللوتيتيوم و14 عنصرًا بين اللانثانم والإيتريوموالتي غالبًا ما توجد في نفس الرواسب ولها خصائص كيميائية مشابهة للانثانيدات. تتميز هذه المعادن ذات اللون الرمادي إلى الفضي عادةً بمرونة ونقاط انصهار وغليان عالية. قوتهم السرية تكمن في إلكتروناتهم. تحتوي جميع الذرات على نواة محاطة بالإلكترونات، والتي تتواجد في منطقة تسمى المدار. الإلكترونات الموجودة في المدار الأبعد عن النواة هي إلكترون التكافؤ، الذي يشارك في التفاعلات الكيميائية ويشكل روابط مع الذرات الأخرى.

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

الأتربة النادرة هي مجموعة مكونة من 17 عنصرًا (مشار إليها باللون الأزرق في الجدول الدوري). مجموعة فرعية من العناصر الأرضية النادرة تسمى اللانثانيد (اللوتيتيوم، لو، بالإضافة إلى الخط الذي يرأسهاللانثانم، لا). يحتوي كل عنصر على غلاف يحتوي عادة على إلكترونات f، مما يجعل هذه العناصر ذات خصائص مغناطيسية ومضيئة.