معادن نادرة سحرية | تكشف أسرارًا لا تعرفها

ما هوالعناصر الأرضية النادرة?
يعود تاريخ البشرية إلى أكثر من 200 عام منذ اكتشاف المعادن النادرة عام 1794. ونظرًا لندرة معادنها آنذاك، لم يكن من الممكن الحصول إلا على كميات ضئيلة من أكاسيدها غير القابلة للذوبان في الماء بالطرق الكيميائية. تاريخيًا، كانت هذه الأكاسيد تُسمى عادةً "الأرض"، ومن هنا جاء اسم المعادن النادرة.

في الواقع، المعادن الأرضية النادرة ليست نادرة في الطبيعة. فهي ليست ترابا، بل عنصر معدني نموذجي. نوعها النشط يأتي في المرتبة الثانية بعد المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية. وتحتوي القشرة الأرضية على نسبة أكبر من النحاس والزنك والقصدير والكوبالت والنيكل.

في الوقت الحاضر، تُستخدم المعادن النادرة على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل الإلكترونيات والبتروكيماويات والمعادن وغيرها. كل 3-5 سنوات تقريبًا، يتمكن العلماء من اكتشاف استخدامات جديدة للمعادن النادرة، ومن بين كل ستة اختراعات، لا يمكن الاستغناء عن المعادن النادرة.

الصين غنية بالمعادن الأرضية النادرة، وتحتل المرتبة الأولى عالميًا في ثلاثة تصنيفات: الاحتياطيات، وحجم الإنتاج، وحجم الصادرات. وفي الوقت نفسه، تُعد الصين الدولة الوحيدة القادرة على توفير جميع معادن الأرض النادرة السبعة عشر، وخاصةً المعادن الأرضية النادرة المتوسطة والثقيلة ذات الاستخدامات العسكرية البارزة.

تكوين العناصر الأرضية النادرة

تتكون العناصر الأرضية النادرة من عناصر اللانثانيدات في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية:اللانثانوم(لا)السيريوم(سي)براسيوديميوم(العلاقات العامة)،نيوديميوم(Nd)، بروميثيوم (Pm)،الساماريوم(سم)،اليوروبيوم(الاتحاد الأوروبي)،الغادولينيوم(الله)التربيوم(ت ب)،الديسبروسيوم(دي)الهولميوم(هو)الإربيوم(إر)الثوليوم(تم)،الإيتربيوم(Yb)،اللوتيتيوم(Lu)، وعنصرين وثيقي الصلة باللانثانيد:سكانديوم(Sc) والإيتريوم(ي).

يُطلق عليهالعناصر الأرضية النادرة، والمختصرة باسم العناصر الأرضية النادرة.

تصنيف العناصر الأرضية النادرة

تصنيف العناصر حسب الخواص الفيزيائية والكيميائية:

العناصر الأرضية النادرة الخفيفة:السكانديوم، الإيتريوم، اللانثانم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، السماريوم، اليوروبيوم

العناصر الأرضية النادرة الثقيلة:الجادولينيوم، التربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإيتربيوم، اللوتيتيوم

مصنفة حسب خصائص المعادن:

مجموعة السيريوم:اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، الساماريوم، اليوروبيوم

مجموعة الإيتريوم:الجادولينيوم، التربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإيتربيوم، اللوتيتيوم، سكانديوم، الإيتريوم

التصنيف حسب فصل الاستخراج:

معادن أرضية نادرة خفيفة (استخراج حموضة ضعيفة P204): اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم

العناصر الأرضية النادرة المتوسطة (استخراج منخفض الحموضة P204):الساماريوم، اليوروبيوم، الغادولينيوم، التربيوم، الديسبروسيوم

المعادن النادرة الثقيلة (استخراج الحموضة في P204):الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإيتربيوم، اللوتيتيوم، الإيتريوم

خصائص العناصر الأرضية النادرة

ترتبط أكثر من 50 وظيفة للعناصر الأرضية النادرة بتركيبها الإلكتروني الفريد 4f، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في كل من مجالات المواد التقليدية والمواد الجديدة عالية التقنية.

مدار الإلكترون 4f

1. الخصائص الفيزيائية والكيميائية

★ له خصائص معدنية واضحة؛ فهو رمادي فضي، باستثناء البراسيوديميوم والنيوديميوم، يبدو باللون الأصفر الفاتح

★ ألوان أكسيد غنية

★ تكوين مركبات مستقرة مع اللافلزات

★ معدن حيوي

★ سهل الأكسدة في الهواء

2 الخصائص البصرية الإلكترونية

★ الطبقة الفرعية 4f غير الممتلئة، حيث تكون إلكترونات 4f محمية بواسطة الإلكترونات الخارجية، مما ينتج عنه مصطلحات طيفية ومستويات طاقة مختلفة

عندما تنتقل إلكترونات 4f، يمكنها امتصاص أو إصدار إشعاعات بأطوال موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية إلى المناطق تحت الحمراء، مما يجعلها مناسبة كمواد مضيئة.

★ موصلية جيدة، قادرة على تحضير المعادن الأرضية النادرة بطريقة التحليل الكهربائي

دور إلكترونات 4f للعناصر الأرضية النادرة في المواد الجديدة

1. المواد التي تستخدم الميزات الإلكترونية 4f

★ ترتيب دوران الإلكترون 4f:تتجلى كمغناطيسية قوية - مناسبة للاستخدام كمواد مغناطيسية دائمة، ومواد تصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة استشعار مغناطيسية، وموصلات فائقة، وما إلى ذلك

★ انتقال الإلكترون المداري 4f: تتجلى كخصائص مضيئة - مناسبة للاستخدام كمواد مضيئة مثل الفوسفور والليزر تحت الأحمر ومكبرات الألياف وما إلى ذلك

التحولات الإلكترونية في نطاق دليل مستوى الطاقة 4f: تتجلى في خصائص التلوين - مناسبة لتلوين وإزالة لون مكونات النقاط الساخنة والأصباغ والزيوت الخزفية والزجاج وما إلى ذلك

2 يرتبط بشكل غير مباشر بإلكترون 4f، باستخدام نصف القطر الأيوني والشحنة والخصائص الكيميائية

★ الخصائص النووية:

 مقطع امتصاص النيوترون الحراري الصغير - مناسب للاستخدام كمواد هيكلية للمفاعلات النووية وما إلى ذلك

 مقطع امتصاص النيوترون الكبير - مناسب لحجب المواد الخاصة بالمفاعلات النووية، وما إلى ذلك

★ نصف قطر الأيونات الأرضية النادرة، والشحنة، والخصائص الفيزيائية والكيميائية:

 عيوب الشبكة، نصف القطر الأيوني المتشابه، الخصائص الكيميائية، الشحنات المختلفة - مناسبة للتسخين، المحفز، عنصر الاستشعار، إلخ.

الخصوصية الهيكلية - مناسبة للاستخدام كمواد كاثودية لتخزين الهيدروجين ومواد امتصاص الموجات الدقيقة وما إلى ذلك

الخصائص الكهروضوئية والعزلية - مناسبة للاستخدام كمواد لتعديل الضوء والسيراميك الشفاف وما إلى ذلك