Mis onharuldane muld?
Inimkonnal on üle 200 aasta pikkune ajalugu alates haruldaste muldmetallide avastamisest 1794. aastal. Kuna tol ajal leiti vähe haruldasi muldmetalle, oli keemilisel meetodil võimalik saada vaid väike kogus vees lahustumatuid oksiide. Ajalooliselt nimetati selliseid oksiide tavaliselt "muldmetallideks", sellest ka haruldaste muldmetallide nimetus.
Tegelikult pole haruldased muldmetallid looduses haruldased. Haruldased muldmetallid ei ole maa-alused, vaid tüüpilised metallielemendid. Nende aktiivne tüüp on leelismetallide ja leelismuldmetallide järel teisel kohal. Neid on maakoores rohkem kui tavalist vaske, tsinki, tina, koobaltit ja niklit.
Praegu on haruldasi muldmetalle laialdaselt kasutatud erinevates valdkondades, nagu elektroonika, naftakeemia, metallurgia jne. Peaaegu iga 3-5 aasta tagant suudavad teadlased avastada haruldaste muldmetallide uusi kasutusviise ja iga kuue leiutise puhul ei saa ükski ilma haruldaste muldmetallideta hakkama.
Hiina on rikas haruldaste muldmetallide poolest, olles esikohal kolmes maailma edetabelis: varud, tootmismaht ja ekspordimaht. Samal ajal on Hiina ka ainus riik, mis suudab pakkuda kõiki 17 haruldast muldmetalli, eriti keskmise ja raske raskusega haruldasi muldmetalle, millel on äärmiselt silmapaistvad sõjalised rakendused.
Haruldaste muldmetallide koostis
Haruldased muldmetallid koosnevad keemiliste elementide perioodilisustabelis lantaniidelementidest:lantaan(La)tseerium(Ce)praseodüüm(Pr)neodüüm(Nd), promeetium (Pm),samaarium(Sm)euroopium(EL)gadoliinium(Jumal),terbiumi(Tb)düsproosium(Dy),holmium(Ho)erbium(Ee),tuulium(Tm),ütterbium(Yb)luteetsium(Lu) ja kaks lantaniidiga tihedalt seotud elementi:skandium(Sk) jaütrium(Y).
Seda nimetatakseHaruldased muldmetallid, lühendatult haruldane muld.
Haruldaste muldmetallide klassifikatsioon
Elementide füüsikaliste ja keemiliste omaduste järgi klassifitseerimine:
Kerged haruldased muldmetallid:skandium, ütrium, lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, promeetium, samarium, euroopium
Rasked haruldased muldmetallid:gadoliinium, terbium, düsproosium, holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium
Mineraalide omaduste järgi klassifitseerimine:
Tseeriumirühm:lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, promeetium, samaarium, euroopium
Ütriumi rühm:gadoliinium, terbium, düsproosium, holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium, skandium, ütrium
Klassifikatsioon ekstraheerimise teel eraldamise teel:
Kerged haruldased muldmetallid (nõrga happesusega P204 ekstraheerimine)lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm
Keskmise suurusega haruldaste muldmetallide segu (madala happesusega P204 ekstraheerimine):samaarium, euroopium, gadoliinium, terbium, düsproosium
Rasked haruldased muldmetallid (happesuse ekstraheerimine P204-s):holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium, ütrium
Haruldaste muldmetallide omadused
Haruldaste muldmetallide enam kui 50 funktsiooni on seotud nende ainulaadse 4f elektronstruktuuriga, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt nii traditsioonilistes materjalides kui ka kõrgtehnoloogilistes uutes materjalides.
4f elektroni orbiit
1. Füüsikalised ja keemilised omadused
★ Ilmselgete metalliliste omadustega; See on hõbehall, välja arvatud praseodüüm ja neodüüm, mis on helekollane
★ Rikkalikud oksiidvärvid
★ Moodustab mittemetallidega stabiilseid ühendeid
★ Metall elav
★ Õhus kergesti oksüdeeruv
2 Optoelektroonilised omadused
★ Täitmata 4f alamkiht, kus 4f elektronid on varjestatud väliste elektronide poolt, mille tulemuseks on erinevad spektraalterminid ja energiatasemed
Kui 4f-elektronid üle lähevad, võivad nad neelata või kiirata erineva lainepikkusega kiirgust ultraviolettkiirgusest ja nähtavast valgusest kuni infrapunakiirguseni, muutes need sobivaks luminestsentsmaterjalideks.
★ Hea juhtivus, võimeline valmistama haruldasi muldmetalle elektrolüüsi meetodil
Haruldaste muldmetallide 4f elektronide roll uutes materjalides
1. Materjalid, mis kasutavad 4f elektroonilisi funktsioone
★ 4f elektronide spinnide paigutus:avaldub tugeva magnetismina – sobib kasutamiseks püsimagnetmaterjalidena, MRI-kuvamismaterjalidena, magnetanduritena, ülijuhtidena jne
★ 4f orbitaalse elektroni üleminekavaldub luminestsentsomadustena – sobib kasutamiseks luminestsentsmaterjalidena, näiteks fosforites, infrapunalaserites, kiudvõimendites jne
Elektronüleminekud 4f energiataseme juhtribas: avalduvad värvimisomadustena – sobivad kuumade punktide komponentide, pigmentide, keraamiliste õlide, klaasi jms värvimiseks ja värvitoonituks muutmiseks.
2 on kaudselt seotud 4f elektroniga, kasutades ioonraadiust, laengut ja keemilisi omadusi
★ Tuumaomadused:
Väike termiliste neutronite neeldumise ristlõige – sobib kasutamiseks tuumareaktorite konstruktsioonimaterjalidena jne.
Suur neutronite neeldumise ristlõige – sobib tuumareaktorite jms varjestusmaterjalidele
★ Haruldaste muldmetallide ioonraadius, laeng, füüsikalised ja keemilised omadused:
Võredefektid, sarnane ioonraadius, keemilised omadused, erinevad laengud – sobivad kütmiseks, katalüsaatoriks, anduriks jne
Struktuuriline eripära – sobib kasutamiseks vesiniku salvestamise sulamist katoodmaterjalidena, mikrolaine neeldumismaterjalidena jne.
Elektrooptilised ja dielektrilised omadused – sobivad kasutamiseks valguse modulatsioonimaterjalidena, läbipaistva keraamikana jne.
Postituse aeg: 06.07.2023