Haruldane muldmetall , mis tahes grupi 3 (skandium [Sc], ütrium [Y] ja lantaan [La]) kolmest elemendist koosneva keemiliste elementide rühma liige ja perioodi tabeli põhikorpuse all olev esimene laiendatud elementide rida (tseerium [Ce] läbi lutetiumi [Lu]). Elemente tseerium läbi lutetiumi nimetatakse lantaniidideks, kuid paljud teadlased nimetavad neid elemente, kuigi valesti, haruldasteks muldmetallideks.
lõuna-gruusia ja lõuna-võileiva saared
Haruldased muldmetallid on tavaliselt kolmevalentsed elemendid, kuid vähestel on muid valentse. Tseerium, praseodüüm ja terbium võivad olla neljavalentsed; samarium, europium ja ytterbium võivad seevastu olla kahevalentsed. Paljud sissejuhatavad teadusraamatud peavad haruldasi muldmetalle keemiliselt nii sarnaseks, et neid võib üheskoos pidada üheks elemendiks. Teatud määral see on õige - umbes 25 protsenti nende kasutusaladest põhineb sellel lähedasel sarnasusel -, kuid ülejäänud 75 protsenti haruldaste muldmetallide kasutamisest põhineb üksikute elementide ainulaadsetel omadustel. Pealegi näitab nende elementide hoolikas uurimine suuri erinevusi nende käitumises ja omadustes; nt lantaani sulamistemperatuur prototüüp lantaniidide seeria element (918 ° C või 1684 ° F) on seeria viimase elemendi lutetiumi sulamistemperatuurist palju madalam (1663 ° C või 3025 ° F). See erinevus on palju suurem kui perioodilisustabeli paljudes rühmades; nt vase, hõbeda ja sulamistemperatuurid kuld varieeruda ainult umbes 100 ° C (180 ° F).
Nimi haruldased muldmetallid ise on vale nimi. Nende avastamise ajal 18. sajandil leiti, et nad on keeruliste oksiidide koostisosa, mida sel ajal nimetati maaks. Lisaks need mineraalid tundus olevat vähe ja seetõttu nimetati neid äsja avastatud elemente haruldasteks muldmetallideks. Tegelikult on neid elemente üsna palju ja neid leidub paljudes toimivates maardlates kogu maailmas. 16 looduslikult esinevat haruldast mulda kuuluvad elementide arvukuse 50. protsentiili. 21. sajandi alguseks oli Hiina oli muutunud maailma suurimaks haruldaste muldmetallide tootjaks. Austraalia, Brasiilia, India , Kasahstan, Malaisia , Venemaa, Lõuna-Aafrika ja Ameerika Ühendriigid kaevandavad ja viimistlevad ka märkimisväärseid koguseid neid materjale.
Paljud inimesed ei mõista haruldaste muldmetallide elementide tohutut mõju nende igapäevaelule, kuid on peaaegu võimatu vältida tükki kaasaegset tehnoloogiat, mis seda ei sisaldaks. Isegi nii lihtne toode nagu kergem tulekivi sisaldab haruldasi muldmetalle. Nende kõikehõlmavust illustreerib kaasaegne auto, mis on üks suurimaid tarbijatele haruldaste muldmetallide toodetest. Kümned elektrimootorid tavalises autos ja selle helisüsteemi kõlarites kasutage neodüümi - raua - boori püsimagnetit. Elektrilised andurid kasutavad kütuse hapnikusisalduse mõõtmiseks ja kontrollimiseks ütriumstabiliseeritud tsirkooniumoksiidi. Kolmekäiguline katalüsaator põhineb redutseerimisel tseeriumoksiididel lämmastik oksiidid gaasiliseks lämmastikuks ja oksüdeerivad süsinikmonooksiidi süsinikdioksiidiks ja põlemata süsivesinikud süsinikdioksiidiks ja veeks heitgaasides. Optiliste ekraanide fosforid sisaldavad ütrium-, euroopium- ja terbiumoksiide. Esiklaas, peeglid ja läätsed poleeritakse tseeriumoksiidide abil. Isegi sõidukit liikuvat bensiini või diislikütust rafineeriti haruldaste muldmetallide krakkimise katalüsaatoritega, mis sisaldasid lantaani, tseeriumit või haruldaste muldmetallide segatud oksiide. Hübriidautode jõuallikaks on nikkel-lantaanmetallhüdriidist laetav aku ja haruldaste muldmetallide elemente sisaldavate püsimagnetitega elektriline veomootor. Lisaks kaasaegne meedia- ja sidevahendid - mobiiltelefonid, televiisorid ja arvutid - kasutatakse haruldasi muldmetalle kõlarite ja kõvaketaste magnetina ning optiliste ekraanide fosforitena. Kasutatud haruldaste muldmetallide kogused on üsna väikesed (0,1–5 massiprotsenti, välja arvatud püsimagnetid, mis sisaldavad umbes 25 protsenti neodüümi), kuid need on kriitilised ja ükski neist seadmetest ei töötaks nii hästi või oleks märkimisväärselt raskemad, kui poleks haruldasi muldmetalle.
Ehkki haruldased muldmetallid on olnud levinud juba Maa moodustamisest saadik, tuli nende olemasolu ilmsiks alles 18. sajandi lõpus. 1787. aastal avastas Rootsi armee leitnant Carl Axel Arrhenius ainulaadse musta värvi mineraal väikeses karjääris Ytterby linnas (väikelinn Stockholmi lähedal). See mineraal oli segu haruldastest muldmetallidest ja esimene eraldatud element oli tseerium 1803. aastal.
Üksikute haruldaste muldmetallide elementide ajalugu on nii keeruline kui ka segane, peamiselt nende keemilise sarnasuse tõttu. Paljud äsja avastatud elemendid ei olnud üks element, vaid koguni kuue erineva haruldase muldmetalli elemendid. Lisaks väideti, et avastati palju muid elemente, mis pidid kuuluma haruldaste muldmetallide seeriasse, kuid mitte.
Viimane looduslikult esinev haruldaste muldmetallide element (lutetium) avastati 1907. aastal, kuid selle uurimine keemia neist elementidest oli keeruline, sest keegi ei teadnud, kui palju haruldasi muldmetalle on olemas. Õnneks aastatel 1913–14 uuriti Taani füüsikut Niels Bohr ja inglise füüsik Henry Gwyn Jeffreys Moseley lahendas selle olukorra. Bohri vesinikuaatomi teooria võimaldas teoreetikutel näidata, et eksisteerib ainult 14 lantaniidi. Moseley eksperimentaalsed uuringud kinnitasid nende elementide 13 olemasolu ja näitasid, et 14. lantananiid peab olema element 61 ja asuma neodüümi ja samariumi vahel.
1920. aastatel oli elemendi 61 otsimine intensiivne. 1926. aastal väitsid Itaalia Firenze ülikooli ja Illinoisi ülikooli teadlaste rühmad, et nad on avastanud elemendi 61 ja nimetanud elemendid vastavalt florentium ja illinium, kuid nende väiteid ei olnud võimalik iseseisvalt kontrollida. Nende väidete ja vastunõuete kiindumus vaibus lõpuks 1930. aastaks. Alles 1947. aastal, pärast uraani lõhustumist, eraldasid elemendi 61 Tennessee USA Aatomienergia komisjoni Oak Ridge'i riikliku labori teadlased kindlasti ja nimetasid seda prometiumiks. . (Lisateavet üksikute elementide avastamise kohta leiate nende elementide kohta käivatest artiklitest.)
160 aasta jooksul (1787–1947) oli haruldaste muldmetallide eraldamine ja puhastamine keeruline ja aeganõudev protsess. Paljud teadlased püüdsid kogu elu saada 99 protsenti puhast haruldast mulda, tavaliselt fraktsioneeriva kristallimise teel, mis kasutab ära lahustuvus haruldaste muldmetallide soola vesilahuses lahendus võrreldes naaberlantanidi elemendi omaga.
Kuna leiti, et haruldaste muldmetallide elemendid on uraani aatomi lõhenemise lõhustumisproduktid, tegi USA aatomienergiakomisjon suuri jõupingutusi uute meetodite väljatöötamiseks haruldaste muldmetallide elementide eraldamiseks. Kuid 1947. aastal avaldasid Gerald E. Boyd ja kolleegid Oak Ridge'i riiklikus laboris ning Frank Harold Spedding ja kolleegid Iowa Amesi laboris samaaegselt tulemused, mis näitasid, et ioonivahetusprotsessid pakkusid haruldaste muldmetallide eraldamiseks palju paremat viisi.
Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | asayamind.com