Сколько их существует, как они выглядят и действительно ли они такие редкие
Если открыть таблицу Менделеева, легко заметить, что большая часть химических элементов относится именно к металлам. Но все они очень разные. Есть железо и уран, легкоплавкие и тугоплавкие элементы, щелочные и драгоценные металлы, а также особая группа, которую называют редкоземельными.
К ней относят 17 химических элементов. Принято выделять легкие редкоземельные элементы от лантана до самария по таблице Менделеева, а также тяжелые редкоземельные элементы от европия до лютеция, включая иттрий.
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые и интересные статьи:
Несмотря на название, редкоземельные металлы не всегда действительно редки. Некоторые из них содержатся в земной коре в концентрациях, сопоставимых с медью или цинком. Проблема в том, что элементы редко образуют богатые месторождения, чаще всего они рассеяны и обладают очень похожими химическими свойствами. Именно поэтому их добыча, очистка и разделение являются сложными и дорогостоящими процессами.
- Ниже рассмотрим наиболее важные редкоземельные металлы, а также области, где они играют ключевую роль
1. Неодим: Nd
Неодим относится к числу самых востребованных редкоземельных металлов современности. Это серебристо-белый металл, который широко применяется в высокотехнологичной промышленности. Его название образовано от греческих слов νέος, что означает «новый», и δίδυμος, переводимого как «близнец». Такое название связано с историей открытия элемента.
В 1885 году австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах сумел разделить дидим, который ранее считался единым веществом, на два отдельных элемента. Ими оказались неодим и празеодим. До этого момента подобное разделение считалось практически невозможным из-за чрезвычайно близких химических свойств этих металлов.
Основное применение неодима связано с производством мощных постоянных магнитов. Они используются в жестких дисках, наушниках, микрофонах, электродвигателях, ветрогенераторах и другой электронике, где требуется высокая магнитная сила при малых размерах.
2. Лантан: La
Лантан представляет собой мягкий металл серебристо-белого оттенка. Его название происходит от древнегреческого слова λανθάνω, что можно перевести как «скрываться» или «таиться». Это не случайно, так как элемент долгое время оставался незамеченным учеными.
В 1803 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус исследовал минерал церит и обнаружил в нем тугоплавкие оксиды. Позднее стало ясно, что вещество неоднородно и кроме церия содержит еще один элемент. Однако выделить чистый лантан удалось лишь в 1839 году после десятилетий исследований.
Сегодня лантан применяется при производстве оптических стекол и линз, а также в никель-металл-гидридных аккумуляторах, которые используются в гибридных автомобилях и портативной электронике.
3. Церий: Ce
Церий считается самым распространенным редкоземельным металлом. Он получил свое название в честь планеты Цереры. Элемент был открыт в 1803 году почти одновременно несколькими учеными. Немецкий химик Мартин Генрих Клапрот выступал против такого названия, однако Берцелиус настоял на своем варианте.
Церий широко используется в автомобильной промышленности. Он входит в состав катализаторов нейтрализаторов выхлопных газов, снижая вредные выбросы. Также металл применяется в стекольной отрасли для полировки стекол и при производстве самоочищающихся духовок.
4. Диспрозий: Dy
Диспрозий представляет собой серебристо-белый металл с высокой магнитной проницаемостью и устойчивостью к размагничиванию при повышенных температурах. Это делает его особенно ценным для энергетики и транспорта.
В конце XIX века ученые установили, что в рудах эрбия присутствуют оксиды нескольких элементов. В 1886 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран сумел отделить оксид диспрозия от оксида гольмия, проведя более 30 попыток. Название элемента происходит от греческого слова δυσπρόσιτος, что означает «труднодоступный».
Сегодня диспрозий используется при создании магнитов для электромобилей и ветрогенераторов.
5. Иттрий: Y
Иттрий является серебристо-белым металлом, получившим свое название от шведского населенного пункта Иттербю. Именно там, в заброшенном карьере, был найден минерал, из которого в 1794 году финский химик Юхан Гадолин выделил оксид иттрия.
Сам металлический иттрий удалось получить только в 1828 году. Сейчас он применяется при производстве фосфоров для цветных телевизоров и светодиодов, а также в высокотемпературных сверхпроводниках и специальных керамических материалах.
6. Празеодим: Pr
Празеодим является мягким серебристо-белым металлом с высокой пластичностью и ковкостью. Его название происходит от греческих слов πράσιος, означающего «светло-зеленый», и δίδυμος, что переводится как «близнец». Название отражает цвет солей элемента и историю его открытия.
Как и неодим, празеодим был выделен Карлом Ауэром фон Вельсбахом в 1885 году при разделении дидима. Сегодня он используется в производстве магнитов для электродвигателей и генераторов, а также при изготовлении специальных стекол и эмалей.
7. Самарий: Sm
Самарий известен как серебристо-белый металл с особыми магнитными свойствами. Его выделили из минерала самарскита, в честь которого и назвали элемент. Сам минерал был назван в честь русского горного инженера Самарского-Быховца.
Элемент почти одновременно обнаружили французские ученые в конце XIX века, однако металлический самарий удалось получить только в начале XX века. Он применяется в самарий-кобальтовых магнитах, которые востребованы в аэрокосмической и оборонной промышленности, а также в медицинских приборах и ядерных реакторах.
8. Европий: Eu
Европий представляет собой мягкий серебристо-белый металл с ярко выраженными люминесцентными свойствами. Его открытие связано со спектральными исследованиями конца XIX века. Окончательно элемент был выделен французским химиком Эженом Демарсе, который и дал ему название в честь Европы.
Европий используется при создании люминофоров для дисплеев и светодиодов, в системах защиты банкнот, а также в ядерной энергетике.
9. Гадолиний: Gd
Гадолиний отличается уникальными магнитными и нейтронопоглощающими характеристиками. Его открыл швейцарский химик Жан де Мариньяк в 1880 году, но назвали элемент в честь Юхана Гадолина.
Металл активно применяется в магнитно-резонансной томографии в качестве контрастного вещества, а также используется в ядерных реакторах и магнитных системах охлаждения.
10. Тербий: Tb
Тербий является мягким серебристо-белым металлом с выраженными люминесцентными и магнитными свойствами. Его название также связано с поселением Иттербю. Впервые примеси тербия обнаружил Карл Густав Мосандер в 1843 году, однако чистый элемент удалось получить лишь в XX веке.
Тербий используется при производстве зеленых люминофоров для дисплеев, а также в специальных сплавах, необходимых для корректной работы датчиков и приводов.
Таким образом, редкоземельные металлы играют ключевую роль в современной цивилизации. Без них невозможно представить телевизоры, МРТ-диагностику, электромобили и многие привычные технологии, которые сегодня кажутся нам обыденными.
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые и интересные статьи: