Cosa èterre rare?
L'umanità ha una storia di oltre 200 anni dalla scoperta delle terre rare nel 1794. Poiché all'epoca erano pochi i minerali di terre rare reperibili, solo una piccola quantità di ossidi insolubili in acqua poteva essere ottenuta con metodi chimici. Storicamente, tali ossidi venivano abitualmente chiamati "terra", da cui il nome di terre rare.
In realtà, i minerali delle terre rare non sono rari in natura. Le terre rare non sono terra, ma un tipico elemento metallico. Il loro tipo attivo è secondo solo ai metalli alcalini e ai metalli alcalino-terrosi. Hanno un contenuto nella crosta terrestre maggiore rispetto a rame, zinco, stagno, cobalto e nichel comuni.
Attualmente, le terre rare sono ampiamente utilizzate in vari campi, come l'elettronica, la petrolchimica, la metallurgia, ecc. Circa ogni 3-5 anni, gli scienziati riescono a scoprire nuovi utilizzi per le terre rare e, su sei invenzioni, una non può fare a meno delle terre rare.
La Cina è ricca di minerali di terre rare, posizionandosi al primo posto in tre classifiche mondiali: riserve, scala di produzione e volume di esportazioni. Allo stesso tempo, la Cina è anche l'unico Paese in grado di fornire tutti i 17 metalli delle terre rare, in particolare le terre rare medie e pesanti, con applicazioni militari di grande rilievo.
Composizione degli elementi delle terre rare
Gli elementi delle terre rare sono composti da elementi lantanidi nella tavola periodica degli elementi chimici:lantanio(La),cerio(Ce),praseodimio(Pr),neodimio(Nd), promezio (Pm),samario(Piccolo),europio(Unione Europea),gadolinio(Dio),terbio(Tb),disprosio(Giorno),olmio(Oh),erbio(Ehm),tulio(Tm),itterbio(Yb),lutezio(Lu) e due elementi strettamente correlati ai lantanidi:scandio(Sc) eittrio(Y).
Si chiamaTerre rare, abbreviato in Terre Rare.
Classificazione degli elementi delle terre rare
Classificati in base alle proprietà fisiche e chimiche degli elementi:
Elementi delle terre rare leggere:scandio, ittrio, lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promezio, samario, europio
Elementi delle terre rare pesanti:gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio, lutezio
Classificati in base alle caratteristiche minerali:
Gruppo del cerio:lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promezio, samario, europio
Gruppo dell'ittrio:gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio, lutezio, scandio, ittrio
Classificazione per separazione per estrazione:
Terre rare leggere (estrazione con acidità debole P2O4): lantanio, cerio, praseodimio, neodimio
Terre rare medie (estrazione a bassa acidità P2O4):samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio
Terre rare pesanti (estrazione di acidità in P2O4):olmio, erbio, tulio, itterbio, lutezio, ittrio
Proprietà degli elementi delle terre rare
Oltre 50 funzioni degli elementi delle terre rare sono legate alla loro esclusiva struttura elettronica 4f, il che li rende ampiamente utilizzati sia nei materiali tradizionali che nei nuovi materiali ad alta tecnologia.
orbita elettronica 4f
1. Proprietà fisiche e chimiche
★ Ha evidenti proprietà metalliche; è grigio argento, ad eccezione del praseodimio e del neodimio, appare giallo chiaro
★ Colori ricchi di ossido
★ Forma composti stabili con non metalli
★ Metallo vivace
★ Facile da ossidare nell'aria
2 Proprietà optoelettroniche
★ Sottostrato 4f non riempito, dove gli elettroni 4f sono schermati dagli elettroni esterni, con conseguenti vari termini spettrali e livelli energetici
Quando gli elettroni 4f effettuano la transizione, possono assorbire o emettere radiazioni di varie lunghezze d'onda, dall'ultravioletto, visibile alle regioni infrarosse, rendendoli adatti come materiali luminescenti
★ Buona conduttività, in grado di preparare metalli delle terre rare mediante il metodo dell'elettrolisi
Il ruolo degli elettroni 4f degli elementi delle terre rare nei nuovi materiali
1. Materiali che utilizzano le caratteristiche elettroniche 4f
★ Disposizione dello spin elettronico 4f:manifestato come forte magnetismo – adatto per l'uso come materiali magnetici permanenti, materiali per immagini MRI, sensori magnetici, superconduttori, ecc.
★ Transizione elettronica orbitale 4f: manifestato come proprietà luminescenti – adatto all'uso come materiali luminescenti come fosfori, laser a infrarossi, amplificatori in fibra, ecc.
Transizioni elettroniche nella banda guida del livello energetico 4f: manifestate come proprietà coloranti – adatte per la colorazione e la decolorazione di componenti hot spot, pigmenti, oli ceramici, vetro, ecc.
2 è indirettamente correlato all'elettrone 4f, utilizzando il raggio ionico, la carica e le proprietà chimiche
★ Caratteristiche nucleari:
Piccola sezione d'urto di assorbimento dei neutroni termici – adatta per l'uso come materiali strutturali di reattori nucleari, ecc.
Ampia sezione d'urto di assorbimento dei neutroni – adatta per la schermatura dei materiali dei reattori nucleari, ecc.
★ Raggio ionico, carica, proprietà fisiche e chimiche delle terre rare:
Difetti del reticolo, raggio ionico simile, proprietà chimiche, cariche diverse – adatti per riscaldamento, catalizzatore, elemento di rilevamento, ecc.
Specificità strutturale: adatto per l'uso come materiali catodici in lega per l'accumulo di idrogeno, materiali di assorbimento a microonde, ecc.
Proprietà elettro-ottiche e dielettriche: adatti per l'uso come materiali di modulazione della luce, ceramiche trasparenti, ecc.
Data di pubblicazione: 06-07-2023