ჯადოსნური იშვიათი დედამიწა | საიდუმლოებების გამჟღავნება, რომლებიც არ იცით

რა არისიშვიათმიწა?
კაცობრიობას 1794 წელს იშვიათმიწა მინერალების აღმოჩენიდან 200 წელზე მეტი ისტორია აქვს. რადგან იმ დროს იშვიათმიწა მინერალები ძალიან ცოტა იყო, ქიმიური მეთოდით მხოლოდ მცირე რაოდენობით წყალში უხსნადი ოქსიდების მიღება იყო შესაძლებელი. ისტორიულად, ასეთ ოქსიდებს ჩვეულებრივ „მიწას“ უწოდებდნენ, აქედან მოდის იშვიათმიწა მინერალების სახელიც.

სინამდვილეში, იშვიათმიწა მინერალები ბუნებაში იშვიათი არ არის. იშვიათმიწა არ არის მიწა, არამედ ტიპიური ლითონის ელემენტია. მისი აქტიური ტიპი მხოლოდ ტუტე და ტუტემიწა ლითონების შემდეგ მეორე ადგილზეა. მათ ქერქში უფრო მეტი შემცველობა აქვთ, ვიდრე ჩვეულებრივ სპილენძს, თუთიას, კალა, კობალტსა და ნიკელს.

ამჟამად, იშვიათმიწა ელემენტები ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა ელექტრონიკა, ნავთობქიმია, მეტალურგია და ა.შ. თითქმის ყოველ 3-5 წელიწადში ერთხელ, მეცნიერები ახერხებენ იშვიათმიწა ელემენტების ახალი გამოყენების აღმოჩენას და ყოველი ექვსი გამოგონებიდან იშვიათმიწა ელემენტების გარეშე შეუძლებელია.

ჩინეთი მდიდარია იშვიათმიწა მინერალებით და სამ მსოფლიო რეიტინგში პირველ ადგილზეა: მარაგი, წარმოების მასშტაბი და ექსპორტის მოცულობა. ამავდროულად, ჩინეთი ერთადერთი ქვეყანაა, რომელსაც შეუძლია 17-ვე იშვიათმიწა ლითონის, განსაკუთრებით საშუალო და მძიმე იშვიათმიწა ლითონების მიწოდება სამხედრო მიზნებისთვის.

იშვიათი მიწის ელემენტების შემადგენლობა

იშვიათმიწა ელემენტები ქიმიური ელემენტების პერიოდულ ცხრილში ლანთანოიდებისგან შედგება:ლანთანუმი(ლა),ცერიუმი(ცე),პრაზეოდიმიუმი(პრ),ნეოდიმი(Nd), პრომეთიუმი (Pm),სამარიუმი(სმ),ევროპიუმი(ევრო),გადოლინიუმი(ღმერთი),ტერბიუმი(ტუბერკულოზი),დისპროზიუმი(დღე),ჰოლმიუმი(ჰო),ერბიუმი(ერ),ტულიუმი(TM),იტერბიუმი(Yb),ლუტეციუმი(Lu) და ორი ელემენტი, რომლებიც მჭიდრო კავშირშია ლანთანიდებთან:სკანდიუმი(Sc) დაიტრიუმი(Y).

მას ჰქვიაიშვიათი დედამიწა, შემოკლებით, როგორც იშვიათი დედამიწა.

იშვიათი დედამიწის ელემენტების კლასიფიკაცია

ელემენტების ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მიხედვით კლასიფიცირდება:

მსუბუქი იშვიათმიწა ელემენტები:სკანდიუმი, იტრიუმი, ლანთანი, ცერიუმი, პრაზეოდიმი, ნეოდიმი, პრომეთიუმი, სამარიუმი, ევროპიუმი

მძიმე იშვიათმიწა ელემენტები:გადოლინიუმი, ტერბიუმი, დისპროსიუმი, ჰოლმიუმი, ერბიუმი, თულიუმი, იტერბიუმი, ლუტეტიუმი

მინერალური მახასიათებლების მიხედვით კლასიფიცირდება:

ცერიუმის ჯგუფი:ლანთანი, ცერიუმი, პრაზეოდიმიუმი, ნეოდიმი, პრომეთეუმი, სამარიუმი, ევროპიუმი

იტრიუმის ჯგუფი:გადოლინიუმი, ტერბიუმი, დისპროსიუმი, ჰოლმიუმი, ერბიუმი, თულიუმი, იტერბიუმი, ლუტეტიუმი, სკანდიუმი, იტრიუმი

კლასიფიკაცია ექსტრაქციის გამოყოფის მიხედვით:

მსუბუქი იშვიათმიწა (P204 სუსტი მჟავიანობის ექსტრაქცია): ლანთანი, ცერიუმი, პრაზეოდიმიუმი, ნეოდიმი

საშუალოდ იშვიათმიწა მინერალები (P204 დაბალი მჟავიანობის ექსტრაქცია):სამარიუმი, ევროპიუმი, გადოლინიუმი, ტერბიუმი, დისპროზიუმი

მძიმე იშვიათმიწა (მჟავიანობის ექსტრაქცია P204-ში):ჰოლმიუმი, ერბიუმი, თულიუმი, იტერბიუმი, ლუტეტიუმი, იტრიუმი

იშვიათი დედამიწის ელემენტების თვისებები

იშვიათმიწა ელემენტების 50-ზე მეტი ფუნქცია დაკავშირებულია მათ უნიკალურ 4f ელექტრონულ სტრუქტურასთან, რაც მათ ფართოდ გამოყენებადს ხდის როგორც ტრადიციულ მასალებში, ასევე მაღალტექნოლოგიურ ახალი მასალების სფეროებში.

4f ელექტრონული ორბიტა

1. ფიზიკური და ქიმიური თვისებები

★ აქვს აშკარა მეტალის თვისებები; ვერცხლისფერი ნაცრისფერია, პრაზეოდიმიუმის და ნეოდიმიუმის გარდა, ღია ყვითელი ჩანს

★ მდიდარი ოქსიდის ფერები

★ არამეტალებთან სტაბილური ნაერთების წარმოქმნა

★ მეტალის ცოცხალი

★ ჰაერში ადვილად იჟანგება

2 ოპტოელექტრონული თვისებები

★ შეუვსებელი 4f ქვეშრე, სადაც 4f ელექტრონები დაცულია გარე ელექტრონებით, რაც იწვევს სხვადასხვა სპექტრულ ტერმინებსა და ენერგეტიკულ დონეებს

როდესაც 4f ელექტრონები გადადიან, მათ შეუძლიათ შთანთქონ ან გამოყონ სხვადასხვა ტალღის სიგრძის გამოსხივება ულტრაიისფერი, ხილული და ინფრაწითელი რეგიონებიდან, რაც მათ ლუმინესცენტურ მასალებად ვარგისს ხდის.

★ კარგი გამტარობა, ელექტროლიზის მეთოდით იშვიათი მიწათა ლითონების მომზადების უნარი

იშვიათმიწა ელემენტების 4f ელექტრონების როლი ახალ მასალებში

1. მასალები, რომლებიც იყენებენ 4f ელექტრონულ მახასიათებლებს

★ 4f ელექტრონული სპინის განლაგება:ვლინდება როგორც ძლიერი მაგნეტიზმი - შესაფერისია მუდმივი მაგნიტის მასალებად, მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფიის მასალებად, მაგნიტურ სენსორებად, ზეგამტარებად და ა.შ.

★ 4f ორბიტალური ელექტრონული გადასვლა: ვლინდება ლუმინესცენტური თვისებებით - შესაფერისია ლუმინესცენტური მასალების, როგორიცაა ფოსფორები, ინფრაწითელი ლაზერები, ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები და ა.შ. გამოსაყენებლად.

ელექტრონული გადასვლები 4f ენერგეტიკული დონის სახელმძღვანელო დიაპაზონში: ვლინდება შეღებვის თვისებებით - შესაფერისია ცხელი წერტილის კომპონენტების, პიგმენტების, კერამიკული ზეთების, მინის და ა.შ. შეღებვისა და გაუფერულებისთვის.

2 ირიბად არის დაკავშირებული 4f ელექტრონთან, იონური რადიუსის, მუხტისა და ქიმიური თვისებების გამოყენებით.

★ ბირთვული მახასიათებლები:

 მცირე თერმული ნეიტრონების შთანთქმის განივი კვეთი - შესაფერისია ბირთვული რეაქტორების სტრუქტურულ მასალებად გამოსაყენებლად და ა.შ.

 დიდი ნეიტრონების შთანთქმის განივი კვეთი - შესაფერისია ბირთვული რეაქტორების და ა.შ. დამცავი მასალებისთვის.

★ იშვიათმიწა ნივთიერებების იონური რადიუსი, მუხტი, ფიზიკური და ქიმიური თვისებები:

 ბადისებრი დეფექტები, მსგავსი იონური რადიუსი, ქიმიური თვისებები, სხვადასხვა მუხტები - შესაფერისია გათბობისთვის, კატალიზატორისთვის, სენსორული ელემენტისთვის და ა.შ.

სტრუქტურული სპეციფიკურობა - შესაფერისია წყალბადის შესანახი შენადნობის კათოდური მასალების, მიკროტალღური შთანთქმის მასალების და ა.შ.

ელექტროოპტიკური და დიელექტრიკული თვისებები - შესაფერისია სინათლის მოდულაციის მასალებად, გამჭვირვალე კერამიკად და ა.შ.