Mikä onharvinaisten maametallien?
Ihmiskunnalla on yli 200 vuoden historia harvinaisten maametallien löytämisestä vuonna 1794. Koska harvinaisia maametalleja oli tuolloin vähän, kemiallisilla menetelmillä voitiin saada vain pieni määrä veteen liukenemattomia oksideja. Historiallisesti tällaisia oksideja kutsuttiin tavallisesti "maaksi", mistä juontuu harvinaisten maametallien nimi.
Harvinaiset maametallit eivät itse asiassa ole luonnossa harvinaisia. Harvinaiset maametallit eivät ole maametalleja, vaan tyypillisiä metalleja. Niiden aktiivinen tyyppi on toiseksi yleisin alkalimetallien ja maa-alkalimetallien jälkeen. Niitä on maankuoressa enemmän kuin tavallista kuparia, sinkkiä, tinaa, kobolttia ja nikkeliä.
Tällä hetkellä harvinaisia maametalleja on käytetty laajalti useilla aloilla, kuten elektroniikassa, petrokemian teollisuudessa, metallurgiassa jne. Lähes 3–5 vuoden välein tiedemiehet löytävät uusia käyttötarkoituksia harvinaisille maametalleille, ja joka kuudesta keksinnöstä yksikään ei voi olla ilman harvinaisia maametalleja.
Kiina on rikas harvinaisten maametallien suhteen ja on ensimmäisellä sijalla kolmella maailmanlistalla: varannot, tuotantomäärä ja vientimäärä. Samaan aikaan Kiina on myös ainoa maa, joka pystyy toimittamaan kaikkia 17 harvinaista maametallia, erityisesti keskiraskaita ja raskaita harvinaisia maametalleja, joilla on erittäin näkyvät sotilaalliset sovellukset.
Harvinaisten maametallien koostumus
Harvinaisten maametallien alkuaineet koostuvat lantanidialkuaineista kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa taulukossa:lantaani(La),cerium(Ce)praseodyymi(PR),neodyymi(Nd), prometium (Pm),samarium(Sm),europium(Eu)gadolinium(Jumala)terbium(Tb)dysprosium(Dy),holmium(Ho),erbium(Öö),tulium(Tm),ytterbium(Yb)lutetium(Lu) ja kaksi lantanidille läheistä alkuainetta:skandium(Sc) jayttrium(K).
Sitä kutsutaanHarvinaiset maametallit, lyhennettynä harvinaisten maametallien.
Harvinaisten maametallien luokittelu
Luokiteltu alkuaineiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien mukaan:
Kevyet harvinaiset maametallit:skandium, yttrium, lantaani, cerium, praseodyymi, neodyymi, prometium, samarium, europium
Raskaat harvinaiset maametallit:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, tulium, ytterbium, lutetium
Luokiteltu mineraalien ominaisuuksien mukaan:
Cerium-ryhmä:lantaani, cerium, praseodyymi, neodyymi, prometium, samarium, europium
Yttrium-ryhmä:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, tulium, ytterbium, lutetium, skandium, yttrium
Luokittelu uuttamalla erottamalla:
Kevyt harvinainen maametalli (P204 heikon happamuuden uutto)lantaani, cerium, praseodyymi, neodyymi
Keskikokoiset harvinaiset maametallit (P204-uutto vähähappoisina):samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium
Raskas harvinainen maametalli (happamuuden lisääminen P204:ään):holmium, erbium, tulium, ytterbium, lutetium, yttrium
Harvinaisten maametallien ominaisuudet
Yli 50 harvinaisten maametallien toimintoa liittyy niiden ainutlaatuiseen 4f-elektronirakenteeseen, minkä ansiosta niitä käytetään laajalti sekä perinteisissä materiaaleissa että uusien huipputeknologisten materiaalien aloilla.
4f-elektronikiertorata
1. Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
★ Selkeitä metallisia ominaisuuksia; Se on hopeanharmaa, praseodyymiä ja neodyymiä lukuun ottamatta se näyttää vaaleankeltaiselta
★ Rikkaat oksidivärit
★ Muodostaa stabiileja yhdisteitä epämetallien kanssa
★ Metalli eloisa
★ Helppo hapettua ilmassa
2 Optoelektroniset ominaisuudet
★ Täyttämätön 4f-alikerros, jossa 4f-elektronit ovat suojattuja ulkoelektroneilla, mikä johtaa erilaisiin spektritermeihin ja energiatasoihin
Kun 4f-elektronit siirtyvät, ne voivat absorboida tai emittoida eri aallonpituisia säteilyä ultravioletista näkyvään valoon ja infrapunaan, mikä tekee niistä sopivia luminoivina materiaaleina.
★ Hyvä johtavuus, mahdollistaa harvinaisten maametallien valmistuksen elektrolyysimenetelmällä
Harvinaisten maametallien 4f-elektronien rooli uusissa materiaaleissa
1. 4f-elektronisia ominaisuuksia hyödyntävät materiaalit
★ 4f-elektronien spin-järjestely:ilmenee voimakkaana magnetismina – soveltuu käytettäväksi kestomagneettimateriaaleina, MRI-kuvantamismateriaaleina, magneettisina antureina, suprajohteina jne.
★ 4f-orbitaalielektronisiirtymäilmenee luminoivina ominaisuuksina – soveltuu käytettäväksi luminoivina materiaaleina, kuten fosforeina, infrapunalasereina, kuituvahvistimina jne.
Elektroniset siirtymät 4f-energiatason ohjausvyöhykkeellä: ilmenevät värjäysominaisuuksina – soveltuvat kuumien pisteiden komponenttien, pigmenttien, keraamisten öljyjen, lasin jne. värjäämiseen ja värinpoistoon
2 liittyy epäsuorasti 4f-elektroniin ionisäteen, varauksen ja kemiallisten ominaisuuksien avulla
★ Ydinvoiman ominaisuudet:
Pieni lämpöneutronien absorptiovaikutusala – soveltuu käytettäväksi ydinreaktorien rakennemateriaaleina jne.
Suuri neutronien absorptiovaikutusala – sopii ydinreaktorien suojamateriaaleihin jne.
★ Harvinaisten maametallien ionisäde, varaus, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet:
Hilavirheet, samanlainen ionisäde, kemialliset ominaisuudet, erilaiset varaukset – sopivat lämmitykseen, katalyytiksi, anturielementiksi jne.
Rakenteellinen spesifisyys – soveltuu käytettäväksi vedyn varastointiseoskatodimateriaaleina, mikroaaltojen absorptiomateriaaleina jne.
Sähköoptiset ja dielektriset ominaisuudet – soveltuvat käytettäväksi valonmodulaatiomateriaaleina, läpinäkyvinä keraamisina materiaaleina jne.
Julkaisun aika: 06.07.2023