الأرض النادرة السحرية | كشف الأسرار التي لا تعرفها

ما هوالأرض النادرة?
لدى البشر تاريخ يمتد لأكثر من 200 عام منذ اكتشاف الأتربة النادرة في عام 1794. ونظرًا لوجود عدد قليل من المعادن الأرضية النادرة التي تم العثور عليها في ذلك الوقت، لم يكن من الممكن الحصول إلا على كمية صغيرة من الأكاسيد غير القابلة للذوبان في الماء بالطريقة الكيميائية. تاريخيًا، كانت تسمى هذه الأكاسيد عادة "الأرض"، ومن هنا جاء اسم الأرض النادرة.

في الواقع، المعادن الأرضية النادرة ليست نادرة في الطبيعة. الأتربة النادرة ليست أرضًا، ولكنها عنصر معدني نموذجي. نوعه النشط يأتي في المرتبة الثانية بعد الفلزات القلوية والفلزات القلوية الأرضية. تحتوي القشرة على محتوى أكبر من محتوى النحاس والزنك والقصدير والكوبالت والنيكل.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام العناصر الأرضية النادرة على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل الإلكترونيات والبتروكيماويات والمعادن وما إلى ذلك. كل 3 إلى 5 سنوات تقريبًا، يتمكن العلماء من اكتشاف استخدامات جديدة للأتربة النادرة، ومن بين كل ستة اختراعات، لا يمكن لأحد أن يفعل ذلك بدون أتربة نادرة.

الصين غنية بالمعادن الأرضية النادرة، وتحتل المرتبة الأولى في ثلاثة تصنيفات عالمية: الاحتياطيات، وحجم الإنتاج، وحجم الصادرات. وفي الوقت نفسه، تعد الصين أيضًا الدولة الوحيدة التي يمكنها توفير جميع المعادن الأرضية النادرة السبعة عشر، وخاصة المعادن الأرضية النادرة المتوسطة والثقيلة ذات التطبيقات العسكرية البارزة للغاية.

تكوين العناصر الأرضية النادرة

تتكون العناصر الأرضية النادرة من عناصر اللانثانيدات الموجودة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية:اللانثانم(لا)،السيريوم(م)،البراسيوديميوم(العلاقات العامة)،النيوديميوم(ND)، البروميثيوم (Pm)،سماريوم(سم)،اليوروبيوم(الاتحاد الأوروبي)،الجادولينيوم(جد)،تيربيوم(السل)،الديسبروسيوم(دي)،الهولميوم(هو)،الإربيوم(إيه)،الثوليوم(تم)،الإيتربيوم(يب)،اللوتيتيوم(لو)، وعنصرين وثيقي الصلة باللانثانيدات:سكانديوم(الشورى) والإيتريوم(ص).

يطلق عليهالأرض النادرة، والمختصر كـ Rare Earth.

تصنيف العناصر الأرضية النادرة

تصنيفها حسب الخواص الفيزيائية والكيميائية للعناصر:

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 الخصائص المعدنية:

مجموعة السيريوم:اللانثانم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، السماريوم، اليوروبيوم

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

التصنيف عن طريق فصل الاستخراج:

أتربة نادرة خفيفة (P204 استخلاص الحموضة الضعيفة): اللانثانم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم

أتربة نادرة متوسطة (استخراج الحموضة المنخفضة P204):السماريوم، اليوروبيوم، الجادولينيوم، التيربيوم، الديسبروسيوم

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

خصائص العناصر الأرضية النادرة

ترتبط أكثر من 50 وظيفة للعناصر الأرضية النادرة ببنيتها الإلكترونية الفريدة 4f، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في كل من المواد التقليدية ومجالات المواد الجديدة عالية التقنية.

4f مدار الإلكترون

1. الخصائص الفيزيائية والكيميائية

★ له خصائص معدنية واضحة. لونه رمادي فضي، فيما عدا البراسيوديميوم والنيوديميوم فإنه يظهر باللون الأصفر الفاتح

★ الألوان أكسيد الغنية

★ تكوين مركبات مستقرة مع اللافلزات

★ معدن حيوي

★ سهل التأكسد في الهواء

2 الخصائص الضوئية

★ الطبقة الفرعية 4f غير المملوءة، حيث يتم حماية إلكترونات 4f بواسطة الإلكترونات الخارجية، مما يؤدي إلى مصطلحات طيفية ومستويات طاقة مختلفة

عندما تنتقل إلكترونات 4f، يمكنها امتصاص أو إصدار إشعاعات ذات أطوال موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية، والمرئية إلى مناطق الأشعة 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

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

★ 4f انتقال الإلكترون المداري: تتجلى كخصائص الانارة - مناسبة للاستخدام كمواد الانارة مثل الفوسفور، وأشعة الليزر تحت الحمراء، ومكبرات الألياف، الخ

التحولات الإلكترونية في النطاق الدليلي لمستوى الطاقة 4f: تتجلى في خصائص التلوين - مناسبة لتلوين وإزالة اللون من مكونات النقاط الساخنة والأصباغ وزيوت السيراميك والزجاج وما إلى ذلك

2 يرتبط بشكل غير مباشر بالإلكترون 4f، باستخدام نصف القطر الأيوني والشحنة والخواص الكيميائية

★ الخصائص النووية:

 مقطع عرضي صغير لامتصاص النيوترونات الحرارية - مناسب للاستخدام كمواد هيكلية للمفاعلات النووية، إلخ

 مقطع عرضي كبير لامتصاص النيوترونات - مناسب لحماية مواد المفاعلات النووية، إلخ

★ الأتربة النادرة نصف القطر الأيوني، والشحنة، والخصائص الفيزيائية والكيميائية:

 عيوب الشبكة، نصف القطر الأيوني المماثل، الخواص الكيميائية، الشحنات المختلفة - مناسبة للتسخين، المحفز، عنصر الاستشعار، إلخ

الخصوصية الهيكلية - مناسبة للاستخدام كمواد كاثود من سبائك تخزين الهيدروجين، ومواد امتصاص الميكروويف، وما إلى ذلك

الخصائص الكهربائية الضوئية والعازلة - مناسبة للاستخدام كمواد تعديل الضوء، والسيراميك الشفاف، وما إلى ذلك