زمین کمیاب جادویی | آشکار کردن اسراری که نمی‌دانید

چیست؟خاک کمیاب?
بشر از زمان کشف عناصر خاکی کمیاب در سال ۱۷۹۴، تاریخی بیش از ۲۰۰ سال دارد. از آنجایی که در آن زمان تعداد کمی کانی خاکی کمیاب یافت می‌شد، تنها مقدار کمی اکسید نامحلول در آب را می‌توان با روش شیمیایی به دست آورد. از نظر تاریخی، چنین اکسیدهایی معمولاً «خاک» نامیده می‌شدند، از این رو نام خاک کمیاب به آنها داده شده است.

در واقع، کانی‌های خاکی کمیاب در طبیعت کمیاب نیستند. خاک کمیاب، خاک نیست، بلکه یک عنصر فلزی معمولی است. نوع فعال آن تنها پس از فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی در رتبه دوم قرار دارد. آنها در پوسته زمین محتوای بیشتری نسبت به مس، روی، قلع، کبالت و نیکل معمولی دارند.

در حال حاضر، عناصر خاکی کمیاب به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند الکترونیک، پتروشیمی، متالورژی و غیره مورد استفاده قرار گرفته‌اند. تقریباً هر 3 تا 5 سال، دانشمندان قادر به کشف کاربردهای جدیدی برای عناصر خاکی کمیاب هستند و از هر شش اختراع، نمی‌توان بدون عناصر خاکی کمیاب کاری انجام داد.

چین سرشار از مواد معدنی کمیاب است و در سه رتبه‌بندی جهانی رتبه اول را دارد: ذخایر، مقیاس تولید و حجم صادرات. در عین حال، چین تنها کشوری است که می‌تواند هر ۱۷ فلز کمیاب، به‌ویژه فلزات کمیاب متوسط ​​و سنگین را با کاربردهای نظامی بسیار برجسته ارائه دهد.

ترکیب عناصر خاکی کمیاب

عناصر خاکی کمیاب از عناصر لانتانیدی در جدول تناوبی عناصر شیمیایی تشکیل شده‌اند:لانتانیم(لا)،سریم(سی)،پراسئودیمیوم(روابط عمومی)،نئودیمیم(Nd)، پرومتیوم (Pm)،ساماریوم(اسم)،یوروپیوم(اتحادیه اروپا)،گادولینیم(جی دی)،تربیم(سل)،دیسپروزیم(دی)،هولمیم(هو)،اربیم(اِر)،تولیم(تی ام)،ایتربیم(وای‌بی)،لوتیتیم(Lu) و دو عنصر که ارتباط نزدیکی با لانتانیدها دارند:اسکاندیم(اسکیلومتر) وایتریم(ی).

نامیده می‌شود.عناصر کمیاب زمینکه به اختصار به آن عناصر خاکی کمیاب می‌گویند.

طبقه‌بندی عناصر خاکی کمیاب

طبقه بندی شده بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر:

عناصر خاکی کمیاب سبک:اسکاندیم، ایتریم، لانتانیم، سریم، پرازئودیمیم، نئودیمیم، پرومتیم، ساماریوم، یوروپیوم

عناصر خاکی کمیاب سنگین:گادولینیم، تربیوم، دیسپروزیم، هولمیوم، اربیوم، تولیوم، ایتربیوم، لوتسیم

طبقه بندی شده بر اساس ویژگی های معدنی:

گروه سریم:لانتانیم، سریم، پراسئودیمیوم، نئودیمیوم، پرومتیوم، ساماریوم، یوروپیوم

گروه ایتریم:گادولینیم، تربیوم، دیسپروزیم، هولمیوم، اربیوم، تولیوم، ایتربیوم، لوتتیوم، اسکاندیم، ایتریوم

طبقه‌بندی بر اساس جداسازی استخراجی:

خاک‌های کمیاب سبک (استخراج با اسیدیته ضعیف P204): لانتانیم، سریم، پراسئودیمیم، نئودیمیم

عناصر کمیاب متوسط ​​(استخراج با اسیدیته پایین P204):ساماریوم، یوروپیوم، گادولینیوم، تربیم، دیسپروزیم

عناصر خاکی کمیاب سنگین (استخراج اسیدیته در P204):هولمیوم، اربیوم، تولیوم، ایتربیوم، لوتتیوم، ایتریوم

خواص عناصر خاکی کمیاب

بیش از ۵۰ عملکرد عناصر خاکی کمیاب مربوط به ساختار الکترونیکی منحصر به فرد ۴f آنهاست که باعث می‌شود آنها به طور گسترده در زمینه‌های مواد سنتی و مواد جدید با فناوری پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند.

مدار الکترونی 4f

۱. خواص فیزیکی و شیمیایی

★ خواص فلزی آشکاری دارد؛ به رنگ خاکستری نقره‌ای است، به جز پراسئودیمیوم و نئودیمیوم، به رنگ زرد روشن دیده می‌شود.

★ رنگ‌های اکسیدی غنی

★ تشکیل ترکیبات پایدار با غیر فلزات

★ فلزی سرزنده

★ به راحتی در هوا اکسید می‌شود

۲ خواص اپتوالکترونیکی

★ زیرلایه 4f پر نشده، که در آن الکترون‌های 4f توسط الکترون‌های بیرونی محافظت می‌شوند و در نتیجه ترم‌های طیفی و سطوح انرژی مختلفی ایجاد می‌شود

وقتی الکترون‌های 4f گذار می‌کنند، می‌توانند تابش طول موج‌های مختلف از فرابنفش، مرئی تا فروسرخ را جذب یا ساطع کنند، که آنها را به عنوان مواد لومینسانس مناسب می‌سازد.

★ رسانایی خوب، قادر به تهیه فلزات خاکی کمیاب با روش الکترولیز

نقش الکترون‌های 4f عناصر خاکی کمیاب در مواد جدید

۱. موادی که از ویژگی‌های الکترونیکی 4f استفاده می‌کنند

★ آرایش اسپین الکترون 4f:به صورت مغناطیس قوی ظاهر می‌شود - مناسب برای استفاده به عنوان مواد آهنربای دائمی، مواد تصویربرداری MRI، حسگرهای مغناطیسی، ابررساناها و غیره

★ گذار الکترون اوربیتال 4f: به صورت خواص لومینسانس بروز می‌کند - مناسب برای استفاده به عنوان مواد لومینسانس مانند فسفرها، لیزرهای مادون قرمز، تقویت‌کننده‌های فیبری و غیره

گذارهای الکترونیکی در باند راهنمای سطح انرژی 4f: به صورت خواص رنگ‌آمیزی آشکار می‌شوند - مناسب برای رنگ‌آمیزی و رنگ‌زدایی اجزای نقاط داغ، رنگدانه‌ها، روغن‌های سرامیکی، شیشه و غیره

۲ به طور غیرمستقیم با استفاده از شعاع یونی، بار و خواص شیمیایی به الکترون ۴f مربوط می‌شود.

★ ویژگی‌های هسته‌ای:

 سطح مقطع جذب نوترون حرارتی کوچک - مناسب برای استفاده به عنوان مواد ساختاری راکتورهای هسته‌ای و غیره

 سطح مقطع جذب نوترون بزرگ - مناسب برای مواد محافظ راکتورهای هسته‌ای و غیره

★ شعاع یونی، بار، خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر خاکی کمیاب:

 نقص‌های شبکه، شعاع یونی مشابه، خواص شیمیایی، بارهای متفاوت - مناسب برای گرمایش، کاتالیزور، عنصر حسگر و غیره

ویژگی ساختاری - مناسب برای استفاده به عنوان مواد کاتدی آلیاژ ذخیره هیدروژن، مواد جذب مایکروویو و غیره

خواص الکترواپتیکی و دی‌الکتریک - مناسب برای استفاده به عنوان مواد مدولاسیون نور، سرامیک‌های شفاف و غیره