โลกแห่งเวทมนตร์ที่หายาก | เผยความลับที่คุณไม่รู้

คืออะไรแผ่นดินที่หายาก?
มนุษย์มีประวัติยาวนานกว่า 200 ปีนับตั้งแต่การค้นพบธาตุหายากในปี พ.ศ. 2337 เนื่องจากมีแร่หายากเพียงไม่กี่ชนิดที่พบในขณะนั้น จึงสามารถรับออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำได้เพียงเล็กน้อยโดยวิธีทางเคมี ในอดีต ออกไซด์ดังกล่าวมักถูกเรียกว่า "โลก" จึงเป็นที่มาของชื่อแร่หายาก

ที่จริงแล้วแร่หายากนั้นไม่ได้หายากในธรรมชาติ ธาตุหายากไม่ใช่ดิน แต่เป็นธาตุโลหะทั่วไป ชนิดออกฤทธิ์เป็นอันดับสองรองจากโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ พวกมันมีเนื้อหาอยู่ในเปลือกมากกว่าทองแดง สังกะสี ดีบุก โคบอลต์ และนิกเกิลทั่วไป

ปัจจุบัน ธาตุหายากถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์ ปิโตรเคมี โลหะวิทยา เป็นต้น เกือบทุก 3-5 ปี นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบการใช้งานใหม่ๆ สำหรับธาตุหายาก และสิ่งประดิษฐ์ทุกๆ 6 ชิ้นไม่มีใครสามารถทำได้ ไม่มีธาตุหายาก

ประเทศจีนอุดมไปด้วยแร่ธาตุหายาก ซึ่งติดอันดับหนึ่งในสามของโลก ได้แก่ ปริมาณสำรอง ขนาดการผลิต และปริมาณการส่งออก ในเวลาเดียวกัน จีนยังเป็นประเทศเดียวที่สามารถจัดหาโลหะหายากได้ทั้งหมด 17 ชนิด โดยเฉพาะโลหะหายากขนาดกลางและหนักที่มีการนำไปใช้ทางการทหารที่โดดเด่นอย่างยิ่ง

องค์ประกอบของธาตุหายาก

ธาตุหายากประกอบด้วยธาตุแลนทาไนด์ในตารางธาตุองค์ประกอบทางเคมี:แลนทานัม(ลา)ซีเรียม(ซี),เพราโอดิเมียม(ปร)นีโอไดเมียม(Nd), โพรมีเทียม (Pm),ซาแมเรียม(เอสเอ็ม),ยูโรเปียม(อียู),แกโดลิเนียม(จีดี)เทอร์เบียม(TB)ดิสโพรเซียม(ได),โฮลเมียม(โฮ)เออร์เบียม(เอ่อ)ทูเลียม(TM)อิตเทอร์เบียม(ใช่)ลูทีเซียม(Lu) และสององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแลนทาไนด์:สแกนเดียม(วท.) และอิตเทรียม(ญ).

มันถูกเรียกว่าโลกที่หายากเรียกย่อว่า Rare Earth

การจำแนกประเภทของธาตุหายาก

จำแนกตามคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีขององค์ประกอบ:

ธาตุหายากชนิดเบา:สแกนเดียม, อิตเทรียม, แลนทานัม, ซีเรียม, เพรซีโอดิเมียม, นีโอไดเมียม, โพรมีเทียม, ซาแมเรียม, ยูโรเพียม

ธาตุหายากหนัก:แกโดลิเนียม, เทอร์เบียม, ดิสโพรเซียม, โฮลเมียม, เออร์เบียม, ทูเลียม, อิตเทอร์เบียม, ลูทีเซียม

จำแนกตามลักษณะแร่:

กลุ่มซีเรียม:แลนทานัม, ซีเรียม, เพรซีโอดิเมียม, นีโอดิเมียม, โพรมีเทียม, ซาแมเรียม, ยูโรเพียม

กลุ่มอิตเทรียม:แกโดลิเนียม, เทอร์เบียม, ดิสโพรเซียม, โฮลเมียม, เออร์เบียม, ทูเลียม, อิตเทอร์เบียม, ลูทีเซียม, สแกนเดียม, อิตเทรียม

การจำแนกประเภทตามการแยกการสกัด:

ธาตุหายากเบา (P204 การสกัดความเป็นกรดอ่อน): แลนทานัม, ซีเรียม, เพรซีโอดิเมียม, นีโอไดเมียม

ดินหายากปานกลาง (P204 การสกัดที่มีความเป็นกรดต่ำ):ซาแมเรียม, ยูโรเพียม, แกโดลิเนียม, เทอร์เบียม, ดิสโพรเซียม

Heavy Rare Earth (การสกัดกรดใน P204):โฮลเมียม, เออร์เบียม, ทูเลียม, อิตเทอร์เบียม, ลูเทเซียม, อิตเทรียม

คุณสมบัติของธาตุหายาก

ฟังก์ชั่นมากกว่า 50 ประการของธาตุหายากนั้นเกี่ยวข้องกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ 4f อันเป็นเอกลักษณ์ ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวัสดุแบบดั้งเดิมและวัสดุใหม่ที่มีเทคโนโลยีสูง

วงโคจรอิเล็กตรอน 4f

1. คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

★ มีคุณสมบัติเป็นโลหะที่ชัดเจน เป็นสีเทาเงิน ยกเว้น praseodymium และ neodymium จะปรากฏเป็นสีเหลืองอ่อน

★สีออกไซด์ที่เข้มข้น

★ สร้างสารประกอบที่เสถียรกับอโลหะ

★ โลหะมีชีวิตชีวา

★ ง่ายต่อการออกซิไดซ์ในอากาศ

2 คุณสมบัติออปโตอิเล็กทรอนิกส์

★ ชั้นย่อย 4f ที่ไม่ได้บรรจุ โดยที่อิเล็กตรอน 4f ถูกป้องกันโดยอิเล็กตรอนภายนอก ส่งผลให้เกิดเงื่อนไขสเปกตรัมและระดับพลังงานต่างๆ

เมื่ออิเล็กตรอน 4f เปลี่ยนผ่าน พวกมันสามารถดูดซับหรือปล่อยรังสีที่มีความยาวคลื่นต่างๆ จากอัลตราไวโอเลต ซึ่งมองเห็นได้จากบริเวณอินฟราเรด ทำให้เหมาะเป็นวัสดุเรืองแสง

★ การนำไฟฟ้าที่ดี สามารถเตรียมโลหะหายากโดยวิธีอิเล็กโทรไลซิส

บทบาทของอิเล็กตรอน 4f ของธาตุหายากในวัสดุใหม่

1. วัสดุที่ใช้คุณสมบัติอิเล็กทรอนิกส์ 4f

★ 4f การจัดเรียงอิเล็กตรอนหมุน:ปรากฏเป็นแม่เหล็กแรงสูง เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวร วัสดุสร้างภาพ MRI เซ็นเซอร์แม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวด ฯลฯ

★ 4f การเปลี่ยนแปลงของวงโคจรอิเล็กตรอน: แสดงเป็นคุณสมบัติเรืองแสง – เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุเรืองแสง เช่น ฟอสเฟอร์, เลเซอร์อินฟราเรด, เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ เป็นต้น

การเปลี่ยนผ่านแบบอิเล็กทรอนิกส์ในแถบนำทางระดับพลังงาน 4f: แสดงเป็นคุณสมบัติการระบายสี – เหมาะสำหรับการระบายสีและการลดสีของส่วนประกอบจุดร้อน เม็ดสี น้ำมันเซรามิก แก้ว ฯลฯ

2 มีความสัมพันธ์ทางอ้อมกับอิเล็กตรอน 4f โดยใช้รัศมีไอออนิก ประจุ และคุณสมบัติทางเคมี

★ลักษณะทางนิวเคลียร์:

 ภาพตัดขวางการดูดซับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็ก – เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ฯลฯ

 หน้าตัดการดูดกลืนนิวตรอนขนาดใหญ่ – เหมาะสำหรับวัสดุกำบังของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ฯลฯ

★รัศมีไอออนิกของโลกที่หายาก, ประจุ, คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี:

 ข้อบกพร่องของแลตทิซ รัศมีไอออนิกที่คล้ายกัน คุณสมบัติทางเคมี ประจุที่แตกต่างกัน เหมาะสำหรับการทำความร้อน ตัวเร่งปฏิกิริยา องค์ประกอบการตรวจจับ ฯลฯ

ความจำเพาะของโครงสร้าง – เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุแคโทดโลหะผสมกักเก็บไฮโดรเจน วัสดุดูดซับไมโครเวฟ ฯลฯ

คุณสมบัติทางแสงและไดอิเล็กทริก – เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุปรับแสง เซรามิกโปร่งใส ฯลฯ