Harvinainen maametalli , mikä tahansa ryhmän 3 elementistä koostuvan kemiallisten alkuaineiden ryhmän jäsen (skandium [Sc], yttrium [Y] ja lantaani [La]) ja ensimmäinen jatkettu alkurivi jaksollisen järjestelmän päärungon alapuolella (cerium [Ce] lutetiumin [Lu] kautta). Elementtejä cerium lutetiumin kautta kutsutaan lantanideiksi, mutta monet tutkijat kutsuvat myös, vaikka väärin, niitä harvinaisiksi maametalleiksi.
jim-varislait lauseessa
Harvinaiset maametallit ovat yleensä kolmiarvoisia alkuaineita, mutta harvoilla on muita valensseja. Cerium, praseodymium ja terbium voivat olla neliarvoisia; samarium, europium ja ytterbium puolestaan voivat olla kaksiarvoisia. Monien tieteellisten johdantokirjojen mukaan harvinaiset maametallit ovat kemiallisesti niin samanlaisia toistensa kanssa, että niitä voidaan yhdessä pitää yhtenä elementtinä. Tietyssä määrin oikein - noin 25 prosenttia niiden käytöstä perustuu tähän läheiseen samankaltaisuuteen - mutta loput 75 prosenttia harvinaisten maametallien käytöstä perustuu yksittäisten elementtien ainutlaatuisiin ominaisuuksiin. Lisäksi näiden elementtien tarkka tarkastelu paljastaa suuria eroja niiden käyttäytymisessä ja ominaisuuksissa; esim. lantaanin sulamispiste prototyyppi lantanidisarjan alkuaine (918 ° C tai 1684 ° F) on paljon alempi kuin lutetiumin sulamispiste, sarjan viimeinen alkuaine (1663 ° C tai 3025 ° F). Tämä ero on paljon suurempi kuin se, joka löytyy monista jaksollisen taulukon ryhmistä; esim. kuparin, hopean ja kulta- vaihtelevat vain noin 100 ° C (180 ° F).
Nimi harvinaiset maametallit itsessään on väärä nimi. Kun heidät löydettiin 1700-luvulla, niiden havaittiin olevan osa monimutkaisia oksideja, joita tuolloin kutsuttiin maiksi. Lisäksi nämä mineraalit tuntui olevan niukka, ja näin nämä uudet löydetyt elementit nimettiin harvinaisiksi maametalleiksi. Itse asiassa näitä elementtejä on melko runsaasti ja niitä on monissa toimivissa talletuksissa ympäri maailmaa. 16 luonnossa esiintyvää harvinaista maametallia kuuluvat 50. prosenttipisteeseen alkuaineiden runsaudesta. 2000-luvun alkuun mennessä Kiina oli tullut maailman suurin harvinaisten maametallien tuottaja. Australia, Brasilia, Intia , Kazakstan, Malesia , Venäjä, Etelä-Afrikka ja Yhdysvallat myös uuttavat ja jalostavat merkittäviä määriä näitä materiaaleja.
Monet ihmiset eivät ymmärrä harvinaisten maametallien valtavaa vaikutusta jokapäiväiseen elämäänsä, mutta on melkein mahdotonta välttää sellaista modernia tekniikkaa, joka ei sisällä mitään. Jopa niin yksinkertainen tuote kuin kevyempi piikivi sisältää harvinaisten maametallien elementtejä. Niiden yleisyydestä on esimerkkinä moderni auto, yksi suurimmista kuluttajille harvinaisten maametallien tuotteiden Kymmeniä sähkömoottorit tyypillisessä autossa, samoin kuin sen äänijärjestelmän kaiuttimissa, käytä neodyymi - rauta - boori kestomagneetteja. Sähköiset anturit käyttävät yttrialla stabiloitua zirkoniumoksidia polttoaineen happipitoisuuden mittaamiseen ja hallintaan. Kolmitie-katalysaattori perustuu pelkistykseen ceriumoksidien kanssa typpeä oksidit typpikaasuksi ja hapettavat hiilimonoksidin hiilidioksidiksi ja palamattomat hiilivedyt hiilidioksidiksi ja vedeksi pakokaasutuotteissa. Optisten näyttöjen fosforit sisältävät yttrium-, europium- ja terbiumoksideja. Tuulilasi, peilit ja linssit kiillotetaan ceriumoksidilla. Jopa ajoneuvoa ajavaa bensiiniä tai dieselpolttoainetta puhdistettiin käyttämällä harvinaisten maametallien krakkauskatalyyttejä, jotka sisälsivät lantaania, ceriumia tai harvinaisten maametallien sekoitettuja oksideja. Hybridiautot saavat virtansa ladattavasta nikkeli-lantaanimetallihydridiakusta ja sähköisestä vetomoottorista, jossa on kestomagneetteja, jotka sisältävät harvinaisia maametalleja. Lisäksi moderni media ja viestintälaitteet - matkapuhelimet, televisiot ja tietokoneet - kaikki käyttävät harvinaisia maametalleja magneettina kaiuttimille ja kiintolevyille sekä fosforit optisille näytöille. Käytettyjen harvinaisten maametallien määrät ovat melko pieniä (0,1–5 painoprosenttia, lukuun ottamatta kestomagneetteja, jotka sisältävät noin 25 prosenttia neodyymiä), mutta ne ovat kriittisiä, eikä mikään näistä laitteista toimisi yhtä hyvin tai olisi merkittävästi raskaampaa, ellei harvinaisia maametalleja olisi.
Vaikka harvinaiset maametallit ovat olleet olemassa maan muodostamisen jälkeen, niiden olemassaolo tuli esiin vasta 1700-luvun lopulla. Vuonna 1787 Ruotsin armeijan luutnantti Carl Axel Arrhenius löysi ainutlaatuisen mustan mineraali pienessä louhoksessa Ytterbyssä (pieni kaupunki lähellä Tukholmaa). Mineraali oli harvinaisten maametallien seos, ja ensimmäinen eristetty alkuaine oli cerium vuonna 1803.
Yksittäisten harvinaisten maametallien elementtien historia on sekä monimutkainen että sekava pääasiassa niiden kemiallisen samankaltaisuuden vuoksi. Monet äskettäin löydetyt alkuaineet eivät olleet yksi elementti, vaan seoksia jopa kuudesta erilaisesta harvinaisten maametallien elementistä. Lisäksi väitettiin löytävänsä useita muita elementtejä, joiden piti kuulua harvinaisten maametallien sarjaan, mutta eivät.
Viimeinen luonnossa esiintyvä harvinaisten maametallien elementti (lutetium) löydettiin vuonna 1907, mutta tutkimusta siitä kemia näistä elementeistä oli vaikeaa, koska kukaan ei tiennyt kuinka monta todellista harvinaisten maametallien elementtiä oli olemassa. Onneksi vuosina 1913–14 tanskalaisen fyysikon tutkimus Niels Bohr ja englantilainen fyysikko Henry Gwyn Jeffreys Moseley ratkaisi tämän tilanteen. Bohrin vetyatomiteoria antoi teoreetikoille mahdollisuuden osoittaa, että lantanideja on vain 14. Moseleyn kokeelliset tutkimukset varmistivat 13 näistä elementeistä ja osoittivat, että 14. lantanidin on oltava alkuaine 61 ja se on neodyymin ja samariumin välissä.
1920-luvulla elementin 61 etsiminen oli intensiivistä. Vuonna 1926 Firenzen yliopiston, Italiassa ja Illinoisin yliopiston tutkijaryhmät väittivät löytäneensä elementin 61 ja nimenneen elementin florentium ja illinium, vastaavasti, mutta heidän väitteitään ei voitu vahvistaa itsenäisesti. Näiden väitteiden ja vastavaatimusten hurma loppui lopulta vuoteen 1930 mennessä. Vasta 1947, uraanin hajoamisen jälkeen, elementti 61 eristettiin ja nimettiin prometiumiksi Yhdysvaltain atomienergiakomission Oak Ridgen kansallisen laboratorion tutkijoissa Tennessee'ssa. . (Lisätietoja yksittäisten elementtien löytämisestä löytyy kyseisiä elementtejä koskevista artikkeleista.)
Havaittujen 160 vuoden aikana (1787–1947) harvinaisten maametallien erottaminen ja puhdistaminen oli vaikea ja aikaa vievä prosessi. Monet tiedemiehet yrittivät koko elämänsä saada 99-prosenttisesti puhdasta harvinaista maametallia, yleensä murto-kiteyttämällä, mikä hyödyntää liukoisuus harvinaisen maametallin suolan vesiliuoksessa ratkaisu verrattuna viereisen lantanidielementin vastaavaan.
Koska harvinaisten maametallien havaittiin olevan uraaniatomin halkeamisen fissiotuotteita, Yhdysvaltain atomienergiakomissio ponnisteli voimakkaasti uusien menetelmien kehittämiseksi harvinaisten maametallien erottamiseksi. Vuonna 1947 Gerald E.Boyd ja kollegat Oak Ridgen kansallisesta laboratoriosta ja Frank Harold Spedding sekä kollegat Amesin laboratoriosta Iowassa julkaisivat kuitenkin samanaikaisesti tuloksia, jotka osoittivat, että ioninvaihtoprosessit tarjoavat paljon paremman tavan erottaa harvinaiset maametallit.
Copyright © Kaikki Oikeudet Pidätetään | asayamind.com
