Редкоземельные элементы

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Редкоземе́льные элеме́нты (ре́дкие зе́мли) — группа из 17 элементов, включающая лантаноиды, а также лантан, скандий и иттрий. Все эти элементы — металлы серебристо-белого цвета. Эти элементы имеют сходные химические свойства (наиболее характерна степень окисления +3).

Применение

Toyota Prius III.JPG
Каждый электромотор Prius-3 — 1 кг неодима.
Каждая батарея Prius-3,5 (plug-in) — 10 кг лантана.[1]

Редкоземельные элементы используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и др. Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. Редкоземельные элементы входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. Большое значение получили редкоземельные элементы и их соединения в химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы. Редкоземельные элементы применяют в производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители. Монокристаллические соединения редкоземельных элементов (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике.

Свойства и получение[править]

Редкоземельные элементы проявляют между собой большое сходство химических и некоторых физических свойств, что объясняется почти одинаковым строением наружных электронных уровней их атомов. Редкоземельные элементы — металлы, их получают восстановлением соответствующих оксидов, фторидов, электролизом безводных солей и другими методами.

Физические свойства[править]

Химические свойства[править]

История[править]

В 1794 году финский химик Юхан Гадолин, исследуя рудные образцы вблизи шведского местечка Иттерби, обнаружил неизвестную до того «редкую землю», которую назвал по месту находки иттрий. Позже, немецкий химик Мартин Клапрот разделил эти образцы на две «земли», для одной из которых он оставил имя иттрий, а другую назвал церий (в честь недавно открытой малой планеты Церера и по имени древнегреческой богини Цереры). Немного спустя, шведский ученый К. Мосандер сумел выделить из того же образца еще несколько «земель». Все они оказались оксидами новых элементов, и получили название редкоземельные металлы. Совместно, к 1907 году химики обнаружили и идентифицировали всего 14 таких элементов. На основе изучения рентгеновских свойств всем элементам были присвоены атомные номера от 57 (лантан) до 71 (лютеций), кроме 61. По возрастанию атомного веса они расположились следующим образом:

Z Имя Этимология
57 La Лантан от греч. «скрытный»
58 Ce Церий в честь Цереры
59 Pr Празеодим от греч. «зеленый близнец», из-за зеленой линии в спектре
60 Nd Неодим «новый близнец»
61 Pm Прометий от имени мифического героя Прометея, похитившего у Зевса огонь и передавшего его людям.
62 Sm Самарий по имени минерала самарскит, где тот был обнаружен
63 Eu Европий в честь Европы
64 Gd Гадолиний в честь Иохана Гадолина
65 Tb Тербий в честь Иттербийского месторождения
66 Dy Диспрозий от греч. «труднодоступный»
67 Ho Гольмий в честь Стокгольма
68 Er Эрбий в честь Шведского города Иттерби
69 Tm Тулий от старого названия Скандинавии
70 Yb Иттербий в честь Шведского города Иттерби
71 Lu Лютеций от древнеримского названия Парижа

Вначале, ячейка под номером 61 была незаполненной, в дальнейшем это место занял прометий, выделенный из продуктов деления урана и ставшим 15-м членом этого семейства.

Происхождение названия[править]

Название «редкоземельные» дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре (содержание (1,6-1,7)×10−2% по массе) и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»).

Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре. Однако по запасам сырья редкоземельные элементы не являются редкими, по суммарной распространенности они превосходят свинец в 10 раз, молибден — в 50 раз, вольфрам — в 165 раз.

Распространение в природе[править]

Как правило, редкоземельные элементы встречаются в природе совместно. Наиболее важными источниками редкоземельных элементов служат минералы монацит, лопарит, бастнезит, ксенотим и гадолинит. Наиболее распространён в земной коре церий, наименее — тулий и лютеций.

В 20072008 гг. в мире добывалось по 124 тыс. т редкоземельных элементов:

На конец 2008 года данные по запасам следующие:

[править]