Что такоередкоземельный?
Человечество имеет более чем 200-летнюю историю с момента открытия редкоземельных элементов в 1794 году. Поскольку в то время было найдено мало редкоземельных минералов, только небольшое количество нерастворимых в воде оксидов могло быть получено химическим методом. Исторически такие оксиды обычно называли «землей», отсюда и название редкоземельных элементов.
На самом деле редкоземельные минералы не являются редкими в природе. Редкоземельные элементы — это не земля, а типичный металлический элемент. Их активный тип уступает только щелочным металлам и щелочноземельным металлам. Их содержание в земной коре выше, чем у 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. Практически каждые 3–5 лет ученым удается открыть новые области применения редкоземельных элементов, а из каждых шести изобретений одно не обходится без редкоземельных элементов.
Китай богат редкоземельными минералами, занимая первое место в трех мировых рейтингах: по запасам, масштабам производства и объему экспорта. В то же время Китай является единственной страной, которая может предоставить все 17 редкоземельных металлов, особенно средние и тяжелые редкоземельные элементы с чрезвычайно важными военными применениями.
Состав редкоземельных элементов
Редкоземельные элементы состоят из лантаноидов в периодической таблице химических элементов:лантан(Ля),церий(Се),празеодим(Пр),неодимовый(Nd), прометий (Pm),самарий(См),европий(Евросоюз),гадолиний(Б-г),тербий(Тб),диспрозий(Ди),гольмий(Хо),эрбий(Э-э),тулий(Тм),иттербий(Ыб),лютеций(Lu) и два элемента, тесно связанных с лантаноидами:скандий(Ск) ииттрий(Й).
Это называетсяРедкоземельные элементы, сокращенно Редкоземельные элементы.
Классификация редкоземельных элементов
Классификация по физическим и химическим свойствам элементов:
Легкие редкоземельные элементы:Скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий
Тяжёлые редкоземельные элементы:гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций
Классификация 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 металлы (извлечение слабой кислотности P204): лантан, церий, празеодим, неодим
Среднередкоземельные элементы (извлечение P204 с низкой кислотностью):самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий
Тяжелые редкоземельные элементы (извлечение кислотности в P2O4):гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, иттрий
Свойства редкоземельных элементов
Более 50 функций редкоземельных элементов связаны с их уникальной электронной структурой 4f, что позволяет широко использовать их как в традиционных материалах, так и в области создания высокотехнологичных новых материалов.
4f электронная орбита
1. Физические и химические свойства
★ Имеет явные металлические свойства; серебристо-серый, за исключением празеодима и неодима, он выглядит светло-желтым
★ Насыщенные оксидные цвета
★ Образуют устойчивые соединения с неметаллами
★ Металлический живой
★ Легко окисляется на воздухе
2 Оптоэлектронные свойства
★ Незаполненный 4f-подслой, где 4f-электроны экранированы внешними электронами, что приводит к различным спектральным терминам и энергетическим уровням
При переходе 4f-электронов они могут поглощать или испускать 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 особенности 4f
★ Расположение спина электрона 4f:проявляется как сильный магнетизм – подходит для использования в качестве постоянных магнитных материалов, материалов для МРТ-визуализации, магнитных датчиков, сверхпроводников и т. д.
★ 4f орбитальный электронный переход: проявляются в виде люминесцентных свойств – подходят 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 в виде красящих свойств – подходят для окрашивания 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 экранирующих материалов ядерных реакторов и т. д.
★ Редкоземельные элементы Ионный радиус, заряд, физические и химические свойства:
Дефекты решетки, схожий ионный радиус, химические свойства, разные заряды – подходит для нагрева, катализатора, чувствительного элемента и т. д.
Структурная специфика – подходит для использования в качестве катодных материалов для хранения водорода, материалов для поглощения микроволн и т. д.
Электрооптические и диэлектрические свойства – подходят для использования в качестве материалов для модуляции света, прозрачной керамики и т. д.
Время публикации: 06-07-2023