Редкоземельные элементы: что это такое, какие металлы относятся, полный перечень и описание

Редкоземельные элементы – группа химических элементов, которые обладают уникальными свойствами и играют ключевую роль в различных технологических и промышленных процессах. Эти элементы стали важными компонентами многих современных технологий, включая производство электроники, магнитов, катализаторов и лазеров.

В периодической таблице редкоземельные элементы представлены в двух группах: лантаноиды (от лантана) и актиноиды (от актиния). Лантаноиды включают 15 элементов, начиная с лантана и заканчивая лютецием, а активоиды состоят из 15 элементов, начиная с актиния и заканчивая лоуренсием. К этой группе элементов относятся такие металлы, как неодим, прометий, гадолиний и другие, каждый из которых обладает своими уникальными химическими и физическими свойствами. Важно отметить, что редкоземельные элементы являются критическими ресурсами для современной промышленности и играют значительную роль в развитии современных технологий.

Содержание

Что такое редкоземельные металлы

Редкоземы - группа химических элементов, лантаноиды и актиноиды, расположенные в периодической таблице химических элементов. Редкоземные элементы являются ключевыми составными частями многих современных устройств и материалов, используемых в магнитных, оптических, электронных и других высокотехнологичных приложениях. Они играют критическую роль в производстве беспилотных аппаратов, управляемых ракет, приборов лазерного наведения и спутниковой связи, а также в множестве других областей, включая медицину, энергетику и экологию. 

Например, неодим, один из редкоземных элементов, широко применяется в производстве постоянных магнитов, используемых в электродвигателях автомобилей, генераторах ветряных турбин, акустических динамиках и многих других устройствах. Прометий и другие редкоземы используются в лазерной технологии, медицинских устройствах, а также для улучшения качества стекла и керамики. 

Редкоземные элементы, несмотря на свою небольшую долю в общем составе материалов, играют невероятно важную роль в современной промышленности и научных исследованиях. Уникальные свойства делают их незаменимыми "витаминами промышленности", а постоянный спрос подчеркивает стратегическое значение для технологического прогресса и экономического развития.

 screws box 1

Редкоземельные элементы в периодической системе

Редкоземельные элементы находятся в двух группах периодической таблицы: лантаноиды и актиноиды. Лантаноиды находятся в периоде 6, начиная с лантана (La, Z=57) и заканчивая лютецием (Lu, Z=71). Актиноиды находятся в периоде 7, начиная с актиния (Ac, Z=89), однако обычно рассматриваются только редкоземельные элементы из этой группы, причем самарий (Sm, Z=62) рассматривается как легкий редкоземельный элемент, а европий (Eu, Z=63) - как тяжелый. 

Редкоземельные оксиды обозначаются как TREO (Total Rare Earth Oxides), а также разделяются на LREO (Light Rare Earth Oxides) и HREO (Heavy Rare Earth Oxides), которые соответствуют легким и тяжелым редкоземельным элементам соответственно.

Это группа химических элементов, включающая такие элементы, как лантан (La), церий (Ce), неодим (Nd), прометий (Pm), европий (Eu) и многие другие. Некоторые классифицируются как актиноиды и включают такие элементы, как самарий (Sm) и европий (Eu).

Характерные особенности

Редкоземельные элементы объединены в одну группу из-за ряда сходных признаков, которые делают их уникальными по сравнению с другими элементами в периодической таблице химических элементов.

  • Все редкоземельные элементы обладают похожими химическими свойствами, что делает их группой элементов схожей реактивности. Они часто образуют химические соединения с аналогичными характеристиками.
  • Редкоземельные элементы имеют похожую электронную конфигурацию в своих внешних электронных оболочках, что влияет на их химические свойства и способность образовывать соединения с другими элементами.
  • Ионы редкоземельных элементов имеют схожие характеристики и реактивность, что дает их схожее поведение при образовании соединений.
  • Редкоземельные элементы обладают похожими физическими свойствами. Практически одинаковая плотность, температура плавления и кипения делает их группой элементов с общими физическими характеристиками.
  • Многие редкоземельные элементы используются в схожих областях применения: производство магнитов, электроники, оптики, и катализаторов, что отражает их общие характеристики и важность в современных технологиях.

old ornate keys 1

В совокупности эти факторы объединяют редкоземельные элементы в одну группу, выделяя их как уникальный класс элементов со схожими химическими и физическими свойствами, а также схожими областями применения.

Как выглядят

Редкоземельные элементы - простые вещества, обладающие рядом характерных свойств:

  • Большинство редкоземельных металлов имеют серебристый или серый оттенок. Этот цвет связан с особенностями отражения света от поверхности металла и его структурой. 
  • Редкоземельные металлы обладают металлическим блеском. Иногда он очень яркий, что вызывает дискомфорт. Этот блеск связан с поверхностными электронными свойствами металла. 
  • Многие редкоземельные элементы характерны пластичностью и мягкостью, что делает их податливыми и способными к формовке. Это свойство делает эти металлы полезными для различных применений, требующих гибкости и легкости формирования.
  • Редкоземельные элементы являются активными металлами, особенно при повышенной температуре или при тонком измельчении. Они могут проявлять химическую реактивность во взаимодействии с другими элементами или соединениями, особенно в условиях повышенной энергии.

Эти свойства делают редкоземельные элементы уникальными и полезными для спектра промышленных и технологических сфер, включая производство магнитов, электроники, катализаторов, и других устройств. Их пластичность и мягкость обеспечивают легкость формовки и обработки, а их активность открывает возможности для создания различных химических соединений и реакций.

old rusty junk garbage steel 1

Разновидности

Список редкоземельных металлов представляет собой разнообразную группу элементов, каждый из которых обладает уникальными свойствами. Например, неодим характеризуется высокой магнитной активностью и используется в производстве сильных постоянных магнитов, применяемых в электротехнике и медицине. Прометий характерен радиоактивными свойствами и используется в исследованиях ядерной энергии и медицинской диагностике.

Самарий является важным компонентом магнитов, устойчивых к высоким температурам. Он нужен в производстве высокотемпературных магнитов для применения в авиации и промышленности. Европий используется для производства красных фосфорных светящихся материалов, применяемых в телевизионных и компьютерных экранах. Гадолиний и тербий широко применяются в производстве магнитов, используемых в энергетике и электронике.

Лантан имеет высокую способность к абсорбции ионов кислорода. Такой элемент полезен в производстве керамических материалов, включая ферриты для магнитов и катализаторы в автомобильной промышленности.

Церий известен своей способностью к окислительно-восстановительным реакциям, что делает его важным компонентом катализаторов в автомобильной промышленности. Он также используется в производстве специальных стекол и в качестве добавки к топливу, чтобы улучшить его сгорание.

Гадолиний обладает высокой магнитной восприимчивостью, что делает его ценным компонентом в производстве магнитов, специально предназначенных для медицинского оборудования, такого как магнитно-резонансная томография (МРТ).

Тербий также является важным компонентом магнитов, особенно в высокотемпературных приложениях, таких как авиационная и космическая промышленность. Он также используется в производстве электроники, в том числе в полупроводниковой промышленности.

Дымгальтиний используется в производстве магнитов, обладающих высокой теплостойкостью и стабильностью при высоких температурах. Это делает его ценным компонентом в различных технических проектах и направлениях, включая аэрокосмическую и автомобильную промышленность.

Помимо вышеперечисленных, РЗМ также создают различные примеси и сплавы. Новые добавки придают дополнительные химические и физические свойства. Например, сплавы редкоземельных металлов с алюминием используются в авиационной и космической промышленности благодаря своей легкости и прочности.

Таким образом, редкоземельные металлы обладают широким спектром уникальных свойств, которые делают их необходимыми в различных промышленных и научных областях, от электроники до медицины и энергетики.

Чем отличаются редкоземы от редких металлов

Иногда редкоземельных металлов называют просто редкими металлами. Но редкие металлы и редкоземельные элементы - это две разные группы химических элементов, которые имеют различные характеристики и свойства. Рассмотрим подробнее отличия данных групп. 

Химический состав 

Редкие металлы включают элементы, которые относятся к десятому периоду периодической таблицы Менделеева, начиная с скандия (Z=21) и заканчивая кадмием (Z=48). Это включает такие элементы, как титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк и др.

Редкоземельные элементы включают лантаноиды и активоиды, которые находятся в периодах с шестого по седьмой.

Применение

Редкие металлы, например титан, никель, и цинк, имеют широкое применение в различных отраслях промышленности, включая авиацию, строительство, электронику и многие другие. Они используются для создания прочных и легких сплавов, магнитов, катализаторов и других материалов.  

Редкоземельные элементы чаще используются в высокотехнологичных приложениях - производство магнитов для жестких дисков, лазеров, катодолюминесцентных светодиодов и других. РЗЭ играют важную роль в производстве современных гаджетов и электроники. Они используются в различных компонентах и технологиях, делая эти устройства более функциональными, компактными и эффективными.

Редкость и добыча

Редкие металлы, хотя и называются "редкими", на самом деле распространены в земной коре. Однако их добыча часто затруднительна из-за технологических и экологических сложностей.

Редкоземельные элементы, наоборот, действительно редки и находятся в более низких концентрациях в земной коре. Их добыча требует специализированных технологий и часто связана с экологическими проблемами.

Таким образом, хотя обе группы элементов имеют важное значение для промышленности и науки, они отличаются как по химическому составу, так и по применению, редкоземельные элементы обладают уникальными свойствами и играют ключевую роль в различных высокотехнологичных отраслях.

Редкоземельные минералы 

Редкоземельные минералы - минералы, содержащие в своем составе редкоземельные элементы. Они являются основным источником добычи редкоземельных металлов, которые имеют важное значение в современной промышленности и технологиях.

Некоторые из самых известных редкоземельных минералов включают моназит, бастицит, ксенотим, иттрианит и зиркон. Моназит, например, является одним из основных источников редкоземельных элементов, как церий, лантан и неодим. Бастицит содержит гадолиний, а также другие редкоземельные элементы. Ксенотим и иттрианит также содержат редкоземельные элементы, как иттрий, тербий.

Добыча редкоземельных минералов является сложным процессом из-за их низкой концентрации и сложной геологической природы. Но они играют важную роль в различных отраслях промышленности, включая производство электроники, магнитов, катализаторов, и других высокотехнологичных продуктов. Кроме того, редкоземельные минералы часто содержат и другие полезные элементы, такие как торий, уран и цирконий, что делает их важным источником для добычи не только редкоземельных металлов, но и других ценных ресурсов.

Адрес: Одинцово, ул. Западная, 19А
Время работы: Пн - Пт: с 9:00 до 18:00