Mis onharuldased muldmetallid?
Inimestel on haruldaste muldmetallide avastamisest 1794. aastal üle 200 aasta pikkune ajalugu. Kuna haruldasi muldmetallide mineraale leiti sel ajal vähe, suudeti keemilisel meetodil saada vaid väike kogus vees lahustumatuid oksiide. Ajalooliselt nimetati selliseid oksiide tavaliselt "maaks", sellest ka haruldaste muldmetallide nimi.
Tegelikult pole haruldased muldmetallid looduses haruldased. Haruldane muld pole muld, vaid tüüpiline metallielement. Selle aktiivne tüüp on leelismetallide ja leelismuldmetallide järel alles teisel kohal. Nende koores on rohkem sisaldust kui tavalises vases, tsingis, tinas, koobaltis ja niklis.
Praegu on haruldasi muldmetalle laialdaselt kasutatud erinevates valdkondades, nagu elektroonika, naftakeemia, metallurgia jne. Peaaegu iga 3-5 aasta tagant suudavad teadlased avastada haruldastele muldmetallidele uusi kasutusviise ja igast kuuest leiutisest ei saa üks. ilma haruldaste muldmetallideta.
Hiina on rikas haruldaste muldmetallide poolest, olles esimesel kohal kolmes maailma edetabelis: varud, tootmismaht ja ekspordimaht. Samal ajal on Hiina ka ainus riik, mis suudab pakkuda kõiki 17 haruldast muldmetalli, eriti keskmist ja rasket haruldast muldmetalli, millel on äärmiselt silmapaistvad sõjalised rakendused.
Haruldaste muldmetallide elementide koostis
Haruldased muldmetallid koosnevad keemiliste elementide perioodilises tabelis lantaniidelementidest:lantaan(La),tseerium(Ce),praseodüüm(Pr),neodüüm(Nd), promeetium (Pm),samarium(Sm),euroopium(Eu),gadoliinium(Gd),terbium(Tb),düsproosium(Dy),holmium(Ho),erbium(Er),toolium(Tm),ütterbium(Yb),luteetsium(Lu) ja kaks lantaniidiga tihedalt seotud elementi:skandium(Sc) jaütrium(Y).
Seda nimetatakseHaruldane muld, lühendatult Rare Earth.
Haruldaste muldmetallide elementide klassifikatsioon
Elementide füüsikaliste ja keemiliste omaduste järgi klassifitseeritud:
Kerged haruldaste muldmetallide elemendid:skandium, ütrium, lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, promeetium, samarium, euroopium
Rasked haruldaste muldmetallide elemendid:gadoliinium, terbium, düsproosium, holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium
Klassifitseeritud mineraalide omaduste järgi:
Tseeriumi rühm:lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, promeetium, samarium, euroopium
Ütriumi rühm:gadoliinium, terbium, düsproosium, holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium, skandium, ütrium
Klassifikatsioon ekstraheerimise eraldamise järgi:
Kerge haruldaste muldmetallide (P204 nõrga happega ekstraheerimine): lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm
Keskmine haruldaste muldmetallide (P204 madala happesusega ekstraheerimine):samarium, euroopium, gadoliinium, terbium, düsproosium
Rasked haruldased muldmetallid (happeekstraktsioon P204-s):holmium, erbium, toolium, ütterbium, luteetium, ütrium
Haruldaste muldmetallide elementide omadused
Rohkem kui 50 haruldaste muldmetallide funktsiooni on seotud nende ainulaadse 4f elektroonilise struktuuriga, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt nii traditsiooniliste materjalide kui ka kõrgtehnoloogiliste uute materjalide valdkonnas.
4f elektroni orbiit
1. Füüsikalised ja keemilised omadused
★ Ilmsete metalliliste omadustega; See on hõbehall, välja arvatud praseodüüm ja neodüüm, tundub helekollane
★ Rikkalikud oksiidvärvid
★ Moodustab mittemetallidega stabiilseid ühendeid
★ Metal elav
★ Kergesti õhu käes oksüdeeruv
2 Optoelektroonilised omadused
★ Täitmata 4f alamkiht, kus 4f elektroni varjestavad välised elektronid, mille tulemuseks on erinevad spektriterminid ja energiatasemed
4f elektronide üleminekul võivad nad absorbeerida või kiirata erineva lainepikkusega ultraviolettkiirgust, mis on nähtav infrapuna piirkondadesse, muutes need sobivaks luminestsentsmaterjalina
★ Hea juhtivusega, suudab valmistada haruldasi muldmetalle elektrolüüsimeetodil
Haruldaste muldmetallide 4f elektronide roll uutes materjalides
1. Materjalid, mis kasutavad 4f elektroonilisi funktsioone
★ 4f elektroni spinni paigutus:avaldub tugeva magnetismina – sobib kasutamiseks püsimagnetmaterjalina, MRI pildimaterjalina, magnetanduritena, ülijuhtidena jne
★ 4f orbitaalelektroni üleminek: avaldub luminestseeruvate omadustena – sobib kasutamiseks luminestseeruvate materjalidena nagu luminofoorid, infrapunalaserid, kiudvõimendid jne
Elektroonilised üleminekud 4f energiataseme juhtribas: avalduvad värvimisomadustena – sobib kuumade punktide komponentide, pigmentide, keraamiliste õlide, klaasi jne värvimiseks ja värvieemaldamiseks
2 on kaudselt seotud 4f elektroniga, kasutades ioonraadiust, laengut ja keemilisi omadusi
★ Tuumaomadused:
Väike termilise neutronite neeldumisristlõige – sobib kasutamiseks tuumareaktorite konstruktsioonimaterjalina jne
Suur neutronite neeldumisristlõige – sobib tuumareaktorite varjestusmaterjalide jms jaoks
★ Haruldaste muldmetallide ioonide raadius, laeng, füüsikalised ja keemilised omadused:
Võre defektid, sarnane ioonraadius, keemilised omadused, erinevad laengud – sobivad kuumutamiseks, katalüsaatoriks, sensorelemendiks jne
Struktuurne spetsiifilisus – sobib kasutamiseks vesinikku salvestava sulami katoodmaterjalina, mikrolaine neeldumismaterjalina jne
Elektrooptilised ja dielektrilised omadused – sobivad kasutamiseks valgust moduleerivate materjalidena, läbipaistva keraamika jms
Postitusaeg: juuli-06-2023