Что такоередкоземельные элементы?
История человечества насчитывает более 200 лет с момента открытия редкоземельных металлов в 1794 году. Поскольку в то время было обнаружено мало редкоземельных минералов, химическим методом можно было получить лишь небольшое количество нерастворимых в воде оксидов. Исторически такие оксиды принято называть «земельными», отсюда и название редкоземельных металлов.
На самом деле редкоземельные минералы не редкость в природе. Редкая земля – это не земля, а типичный металлический элемент. Его активный тип уступает лишь щелочным и щелочноземельным металлам. Их содержание в земной коре больше, чем обычных меди, цинка, олова, кобальта и никеля.
В настоящее время редкоземельные элементы широко используются в различных областях, таких как электроника, нефтехимия, металлургия и т. д. Почти каждые 3-5 лет ученым удается открыть новые способы применения редкоземельных элементов, и из каждых шести изобретений одно не удается сделать. без редких земель.
Китай богат редкоземельными минералами и занимает первое место в трех мировых рейтингах: запасы, масштабы производства и объем экспорта. В то же время Китай также является единственной страной, которая может обеспечить все 17 редкоземельных металлов, особенно средние и тяжелые редкоземельные металлы, имеющие чрезвычайно важное военное применение.
Состав редкоземельных элементов
Редкоземельные элементы состоят из элементов Лантаноидов периодической таблицы химических элементов:лантан(Ла),церий(Се),празеодим(Пр),неодим(Nd), прометий (Pm),самарий(См),европий(Евросоюз),гадолиний(Б-г),тербий(Тб),диспрозий(Ды),гольмий(Хо),эрбий(Э-э),тулий(Тм),иттербий(Йб),лютеций(Lu) и два элемента, тесно связанных с лантанидами:скандий(Sc) ииттрий(Ю).
Это называетсяРедкая земля, сокращенно «Редкая Земля».
Классификация редкоземельных элементов
Классифицируются по физическим и химическим свойствам элементов:
Легкие редкоземельные элементы:Скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий
Тяжелые редкоземельные элементы:гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций
Классифицируется по минеральным характеристикам:
Группа церия:лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий
Группа иттрия:гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, скандий, иттрий
Классификация по экстракционному разделению:
Легкие редкоземельные элементы (экстракция слабой кислотности P204): лантан, церий, празеодим, неодим.
Среднередкоземельные элементы (P204, экстракция с низкой кислотностью):самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий
Тяжелые редкоземельные элементы (извлечение кислотности в P204):гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, иттрий
Свойства редкоземельных элементов
Более 50 функций редкоземельных элементов связаны с их уникальной электронной структурой 4f, что делает их широко используемыми как в области традиционных материалов, так и в области новых высокотехнологичных материалов.
4f электронная орбита
1. Физико-химические свойства.
★ Имеет явные металлические свойства; Он серебристо-серого цвета, за исключением празеодима и неодима, он кажется светло-желтым.
★ Насыщенные цвета оксидов
★ Образуют устойчивые соединения с неметаллами.
★ Металл живой
★ Легко окисляется на воздухе.
2 Оптоэлектронные свойства
★ Незаполненный подслой 4f, где электроны 4f экранируются внешними электронами, что приводит к различным спектральным членам и уровням энергии.
При переходе 4f-электронов они могут поглощать или излучать излучение различной длины волны от ультрафиолетового, видимого до инфракрасного диапазона, что делает их пригодными в качестве люминесцентных материалов.
★ Хорошая проводимость, возможность получения редкоземельных металлов методом электролиза.
Роль 4f-электронов редкоземельных элементов в новых материалах
1.Материалы, использующие электронные функции 4f.
★ Расположение спинов электронов 4f:проявляется как сильный магнетизм – подходит для использования в качестве материалов с постоянными магнитами, материалов для МРТ, магнитных датчиков, сверхпроводников и т. д.
★ 4f-орбитальный электронный переход: проявляется в люминесцентных свойствах – подходит для использования в качестве люминесцентных материалов, таких как люминофоры, инфракрасные лазеры, волоконные усилители и т. д.
Электронные переходы в направляющей полосе энергетического уровня 4f: проявляются как окрашивающие свойства – подходят для окраски и обесцвечивания компонентов горячих точек, пигментов, керамических масел, стекла и т. д.
2 косвенно связан с 4f-электроном, используя ионный радиус, заряд и химические свойства.
★ Ядерные характеристики:
Малое сечение поглощения тепловых нейтронов – подходит для использования в качестве конструкционных материалов ядерных реакторов и т. д.
Большое сечение поглощения нейтронов – подходит для защитных материалов ядерных реакторов и т. д.
★ Ионный радиус редкоземельных элементов, заряд, физические и химические свойства:
Дефекты решетки, одинаковый ионный радиус, химические свойства, разные заряды – подходят для нагрева, катализатора, чувствительного элемента и т. д.
Структурная специфика – подходит для использования в качестве катодных материалов из сплава для хранения водорода, материалов, поглощающих микроволновое излучение, и т. д.
Электрооптические и диэлектрические свойства – подходят для использования в качестве светомодулирующих материалов, прозрачной керамики и т. д.
Время публикации: 06 июля 2023 г.