چگونه عناصر نادر زمینی فناوری مدرن را ممکن می‌سازند

در اپرای فضایی فرانک هربرت به نام "تلماسه"، یک ماده طبیعی گرانبها به نام "مخلوط ادویه ها" به مردم این توانایی را می دهد که در جهان وسیع برای ایجاد یک تمدن بین ستاره ای حرکت کنند. در زندگی واقعی روی زمین، گروهی از فلزات طبیعی به نام عناصر خاکی کمیاب، فناوری مدرن را ممکن ساخته است. تقاضا برای این اجزای کلیدی تقریباً همه محصولات الکترونیکی مدرن به شدت در حال افزایش است.

خاک های کمیابهزاران نیاز مختلف را برآورده می کند - برای مثال، سریم به عنوان کاتالیزور برای تصفیه روغن استفاده می شود، در حالی کهگادولینیمنوترون ها را در راکتورهای هسته ای به دام می اندازد. اما برجسته ترین توانایی این عناصر در درخشندگی و مغناطیس آنها نهفته است.

ما برای رنگ آمیزی صفحه نمایش تلفن هوشمند خود، از فلورسانس برای نشان دادن اصالت اسکناس های یورو و انتقال سیگنال ها در کف دریا از طریق کابل های فیبر نوری، به خاک های کمیاب متکی هستیم. آنها همچنین برای ساخت برخی از قوی ترین و قابل اطمینان ترین آهنرباها در جهان ضروری هستند. آنها امواج صوتی را در هدفون شما تولید می کنند، اطلاعات دیجیتال را در فضا افزایش می دهند و مسیر موشک های جستجوی حرارتی را تغییر می دهند. خاک کمیاب همچنین توسعه فناوری‌های سبز مانند نیروی باد و وسایل نقلیه الکتریکی را ترویج می‌کند و حتی ممکن است اجزای جدیدی از رایانه کوانتومی تولید کند. استفان بوید، شیمیدان مصنوعی و مشاور مستقل، گفت: «این لیست بی پایان است. آنها همه جا هستند

خاک کمیاب به لانتانید لوتسیم و 14 عنصر بین لانتانیم وایتریمکه اغلب در یک رسوب وجود دارند و خواص شیمیایی مشابه لانتانید دارند. این فلزات خاکستری تا نقره ای رنگ معمولاً دارای انعطاف پذیری و نقطه ذوب و جوش بالایی هستند. قدرت مخفی آنها در الکترونهایشان نهفته است. همه اتم ها دارای هسته ای هستند که توسط الکترون ها احاطه شده است که در ناحیه ای به نام مدار قرار دارند. الکترون‌هایی که در دورترین مدار از هسته قرار دارند، الکترون ظرفیت هستند که در واکنش‌های شیمیایی شرکت می‌کنند و با اتم‌های دیگر پیوند ایجاد می‌کنند.

بیشتر لانتانیدها گروه مهم دیگری از الکترون‌ها به نام «الکترون‌های f» دارند که در ناحیه طلایی نزدیک الکترون ظرفیت اما کمی نزدیک به هسته زندگی می‌کنند. آنا دو بتنکورت دیاس، شیمیدان معدنی در دانشگاه نوادا، رنو، می‌گوید: «این الکترون‌های f هستند که باعث خواص مغناطیسی و درخشندگی عناصر کمیاب خاکی می‌شوند.»

خاک های کمیاب گروهی از 17 عنصر هستند (که در جدول تناوبی با رنگ آبی مشخص شده اند). زیر مجموعه ای از عناصر کمیاب خاکی لانتانید نامیده می شود (لوتسیم، لو، به علاوه خط به رهبریلانتانیم، لا). هر عنصر حاوی پوسته ای است که معمولاً حاوی الکترون f است که باعث می شود این عناصر دارای خواص مغناطیسی و نورانی باشند.