Kada pogledamo elemente periodnog sustava, mnogi od njih nalaze se na dnu i poznati su kao rijetka zemlja. Unatoč svom nazivu, nisu tako rijetke kako se čini, ali su neophodne za razvoj mnogih modernih tehnologija. Neophodni su za proizvodnju visokotehnoloških uređaja kao što su mobilni telefoni, računala, električna vozila, kamere i drugo. Bez tih rijetkih zemalja život kakav danas poznajemo bio bi vrlo drugačiji.
U ovom ćemo članku detaljno istražiti što su rijetke zemlje, njihove karakteristike, primjenu i važnost koju imaju u našem svakodnevnom životu, kao i izazove koje predstavlja njihovo vađenje i povezani geopolitički utjecaj.
Koje su rijetke zemlje
Las rijetka zemlja Oni su skupina koju čini 17 esencijalnih kemijskih elemenata u proizvodnji raznih tehnoloških proizvoda i čistih energija. Ovi elementi uključuju svih 15 elemenata iz obitelji lantanida, plus itrij i skandij. Unatoč svom nazivu, neki od ovih elemenata relativno su prisutni u Zemljinoj kori; Ono što im daje naziv "rijetke" je poteškoća u pronalaženju u visokim koncentracijama i njihovom učinkovitom izdvajanju iz minerala u kojima su prisutni.
Ovi se elementi ističu svojim jedinstvenim svojstvima, kao što su magnetska, luminiscentna i elektrokemijska svojstva, koji su ključni za proizvodnju visokotehnoloških proizvoda. Ova svojstva omogućuju elektroničkim uređajima da budu snažniji, lakši i energetski učinkovitiji.
Neki primjeri njihove upotrebe uključuju proizvodnju LCD zasloni, trajni magneti u elektromotorima koji se koriste u hibridnim i električnim vozilimai sustave za pohranu energije kao što su nikal-metal-hidridne baterije. Također se koriste u tehnologije obnovljivih izvora energije kao što su vjetroturbine i fotonaponske ploče, pridonoseći razvoju održivijih rješenja.
Glavne osobine
Elementi rijetke zemlje imaju niz jedinstvenih karakteristika koje proizlaze iz njihove elektronske konfiguracije. Raspored njihovih elektrona daje im svojstva koja ih značajno razlikuju od ostalih elemenata u periodnom sustavu. Najlakši i najteži elementi unutar skupine pokazuju određene razlike u pogledu svojih svojstava i industrijske primjene. Ti se elementi obično nalaze zajedno u mineralima, što njihovo odvajanje čini složenim i skupim procesom. Klasificiraju se u dvije velike skupine:
- Lagane rijetke zemlje: Lantan, cerij, prazeodim, neodim, prometij i samarij.
- Teške rijetke zemlje: Europij, gadolinij, terbij, disprozij, holmij, erbij, tulij, iterbij i lutecij.
Važno svojstvo rijetkih zemalja je kontrakcija lantanida, što se odnosi na progresivno smanjenje veličine atoma od lantana do lutecija. To utječe na njegovu primjenu u industriji jer omogućuje da se neki od tih elemenata lako ugrade u kristalne strukture drugih materijala, poboljšavajući njihova fizička svojstva.
Osim toga, rijetke zemlje su poznate po svojim magnetskim svojstvima. Legure neodimija, željeza i bora (NdFeB) bitne su u proizvodnji stalni magneti, koji se koristi u prijenosnim elektroničkim uređajima kao što su slušalice i tvrdi diskovi.
Klasifikacija rijetkih zemalja
Elementi rijetkih zemalja dijele se u dvije skupine prema njihovoj atomskoj težini: laka rijetka zemlja y teška rijetka zemlja. Ova klasifikacija također je važna s industrijskog gledišta, budući da su teži elementi rjeđi i stoga vredniji.
lake rijetke zemlje
Unutar ove grupe su sljedeći elementi:
- Lantan (The)
- Cerij (Ce)
- prazeodimij (Pr)
- neodim (Nd)
- Prometij (Pm)
- Samarij (Sm)
Lantan se, na primjer, koristi u proizvodnji specijalna optička stakla te poboljšati savitljivost čelika. Neodimij je, sa svoje strane, postao bitan u industrija magneta velike snage i motore različitih elektroničkih uređaja.
Teške rijetke zemlje
Ova grupa uključuje sljedeće elemente:
- Europij (Eu)
- gadolinij (Gd)
- Terbij (Tb)
- disprozij (Dy)
- Holmij (Ho)
- erbij (Er)
- Tulio (Tm)
- iterbij (Yb)
- lutecij (Lu)
Ovi elementi imaju više specijaliziranih aplikacija. Europij je, na primjer, bitan u proizvodnji displeji visoke razlučivosti i LED žarulja, dok su disprozij i terbij neophodni za proizvodnju magneti rijetke zemlje koji moraju raditi stabilno na visokim temperaturama, poput onih koji se koriste u motorima električnih automobila.
Primjena rijetkih metala u industriji i kućanstvu
Primjene rijetkih zemalja vrlo su raznolike i pokrivaju više industrija:
- Potrošačke elektronike: Rijetke zemlje neophodne su za proizvodnju mobiteli, računala, tableti, zasloni visoke razlučivosti i tvrdi diskovi. Za proizvodnju se koristi neodimij lagani i snažni magneti, koristi se u slušalicama i zvučnicima.
- Obnovljiva energija: Zahvaljujući svojim magnetskim svojstvima i svojstvima skladištenja energije, elementi kao što su terbij i disprozij neophodni su u vjetrenjače i proizvodnju metalhidridne baterije koristi se u hibridnim i električnim vozilima.
- Medicinski sektor: Gadolinij se koristi u kontrastna sredstva za magnetsku rezonancu i rendgenske zrake, dok se samarij koristi u radioterapiji za liječenje raka.
Geopolitika rijetkih zemalja
Jedan od najvećih izazova s rijetkim zemljama je taj što je njihova proizvodnja jako koncentrirana u nekoliko zemalja, s Kina vodeća svjetska ekstrakcija. Procjenjuje se da Kina proizvodi otprilike 95% rijetkih metala u svijetu, što joj daje veliku moć na globalnom tržištu.
U prošlosti je Kina koristila svoj dominantni položaj kako bi nametnula ograničenja na izvoz rijetkih metala, što je dovelo do trgovinskih napetosti, posebno sa zemljama s visokom tehnološkom potražnjom kao što su Sjedinjene Države i Japan. Kao rezultat toga, vlada Sjedinjenih Država i Europska unija ulažu u istraživanje i razvoj oblika reciklirati već korištene materijale kako bi smanjili svoju ovisnost o tim elementima i diversificirali svoje izvore opskrbe.
Početkom 2023. Švedska je najavila otkriće najvećeg nalazišta rijetkih zemalja u Europi, što je s optimizmom primljeno u Europskoj uniji koja nastoji smanjiti ovisnost o uvozu iz Kine.
Kontrola nad rijetkim zemljama postala je ključni strateški element u komercijalni rat između Sjedinjenih Država i Kine, posebice u pogledu proizvodnje naprednih vojnih tehnologija poput borbenih zrakoplova i navođenih projektila.
Budućnost rijetkih zemalja neprestano se razvija i potražnja će nastaviti rasti kako se povećava potreba za naprednijim i ekološki prihvatljivijim tehnologijama.
Rijetke zemlje, unatoč svom nazivu, nisu tako rijetke, ali njihovo vađenje i obrada su složeni i, u mnogim slučajevima, koncentrirani su u zemljama poput Kine, što komplicira njihovu nabavu. Oni su ključni elementi za kretanje prema tehnološkoj i održivoj budućnosti.