Wat iszeldzame aarde?
De mensheid heeft een geschiedenis van meer dan 200 jaar sinds de ontdekking van zeldzame aarden in 1794. Omdat er destijds weinig zeldzame aarden werden gevonden, kon slechts een kleine hoeveelheid in water onoplosbare oxiden chemisch worden verkregen. Historisch gezien werden dergelijke oxiden gewoonlijk "aarde" genoemd, vandaar de naam zeldzame aarde.
Zeldzame aardmetalen zijn in feite niet zeldzaam in de natuur. Zeldzame aardmetalen zijn geen aardmetalen, maar een typisch metaalelement. Hun actieve type is slechts de tweede na alkalimetalen en aardalkalimetalen. Ze hebben een hoger gehalte in de aardkorst dan gewoon koper, zink, tin, kobalt en nikkel.
Tegenwoordig worden zeldzame aardmetalen op grote schaal gebruikt in uiteenlopende sectoren, zoals elektronica, petrochemie, metallurgie, enz. Bijna elke 3 tot 5 jaar ontdekken wetenschappers nieuwe toepassingen voor zeldzame aardmetalen. Van elke zes uitvindingen kan er niet één zonder zeldzame aardmetalen.
China is rijk aan zeldzame aardmetalen en staat op de eerste plaats in drie wereldranglijsten: reserves, productieomvang en exportvolume. Tegelijkertijd is China het enige land dat alle 17 zeldzame aardmetalen kan leveren, met name de middelzware en zware zeldzame aardmetalen met zeer prominente militaire toepassingen.
Samenstelling van zeldzame aardelementen
Zeldzame aardmetalen zijn samengesteld uit lanthanide-elementen in het periodiek systeem der chemische elementen:lanthaan(La),cerium(Ce),praseodymium(Pr),neodymium(Nd), promethium (Pm),samarium(Sm),europium(Eu),gadolinium(God),terbium(TB),dysprosium(Dy),holmium(Ho),erbium(Eh),thulium(Tm),ytterbium(Yb),lutetium(Lu), en twee elementen die nauw verwant zijn aan lanthanide:scandium(Sc) enyttrium(Y).
Het heetZeldzame aarde, afgekort als Rare Earth.
Classificatie van zeldzame aardelementen
Geclassificeerd op basis van de fysieke en chemische eigenschappen van elementen:
Lichte zeldzame aardmetalen:scandium, yttrium, lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium
Zware zeldzame aardmetalen:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium
Gecategoriseerd op basis van minerale kenmerken:
Ceriumgroep:lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium
Yttriumgroep:gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, scandium, yttrium
Classificatie door extractiescheiding:
Lichte zeldzame aarde (P204 zwak zuur extractie): lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium
Middelzware zeldzame aarde (P204 extractie met lage zuurgraad):samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium
Zware zeldzame aarde (zuurextractie in P204):holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, yttrium
Eigenschappen van zeldzame aardelementen
Meer dan 50 functies van zeldzame aardmetalen zijn gerelateerd aan hun unieke 4f-elektronenstructuur, waardoor ze breed toepasbaar zijn in zowel traditionele materialen als nieuwe, hightechmaterialen.
4f elektronenbaan
1. Fysische en chemische eigenschappen
★ Heeft duidelijke metaalachtige eigenschappen; het is zilvergrijs, behalve praseodymium en neodymium, dat er lichtgeel uitziet
★ Rijke oxidekleuren
★ Vorm stabiele verbindingen met niet-metalen
★ Metaal levendig
★ Gemakkelijk te oxideren in de lucht
2 Opto-elektronische eigenschappen
★ Ongevulde 4f-sublaag, waar 4f-elektronen worden afgeschermd door buitenste elektronen, wat resulteert in verschillende spectrale termen en energieniveaus
Wanneer 4f-elektronen overgaan, kunnen ze straling van verschillende golflengten absorberen of uitzenden, van ultraviolet, zichtbaar tot infrarood, waardoor ze geschikt zijn als luminescerende materialen.
★ Goede geleidbaarheid, geschikt voor het bereiden van zeldzame aardmetalen door middel van elektrolyse
De rol van 4f-elektronen van zeldzame aardelementen in nieuwe materialen
1. Materialen die gebruikmaken van 4f elektronische functies
★ 4f elektronspin-indeling:manifesteert zich als sterk magnetisme – geschikt voor gebruik als permanente magneetmaterialen, MRI-beeldvormingsmaterialen, magnetische sensoren, supergeleiders, enz.
★ 4f orbitale elektronenovergang: gemanifesteerd als luminescerende eigenschappen – geschikt voor gebruik als luminescerende materialen zoals fosfor, infraroodlasers, vezelversterkers, enz.
Elektronische overgangen in de 4f-energieniveau-gidsband: gemanifesteerd als kleureigenschappen – geschikt voor het kleuren en ontkleuren van hot spot-componenten, pigmenten, keramische oliën, glas, enz.
2 is indirect gerelateerd aan het 4f-elektron, met behulp van ionenstraal, lading en chemische eigenschappen
★ Nucleaire kenmerken:
Kleine thermische neutronenabsorptiedoorsnede – geschikt voor gebruik als constructiemateriaal van kernreactoren, enz.
Grote neutronenabsorptiedoorsnede – geschikt voor afschermingsmaterialen van kernreactoren, enz.
★ Ionische straal, lading, fysieke en chemische eigenschappen van zeldzame aarde:
Roosterdefecten, vergelijkbare ionenstraal, chemische eigenschappen, verschillende ladingen – geschikt voor verwarming, katalysator, sensorelement, enz.
Structurele specificiteit – geschikt voor gebruik als kathodematerialen voor waterstofopslaglegeringen, microgolfabsorptiematerialen, enz.
Elektro-optische en diëlektrische eigenschappen – geschikt voor gebruik als lichtmodulatiematerialen, transparante keramiek, enz.
Plaatsingstijd: 06-07-2023