Καθημερινές Χρήσεις των Λανθανίδων:Τα Στοιχεία Σπάνιων Γης
Αν κοιτάξετε τον περιοδικό πίνακα, μπορείτε να αναγνωρίσετε τα στοιχεία που είναι γνωστά ως λανθανίδες; Μην ανησυχείτε αν δεν μπορείτε - δεν είναι ένα είδος στοιχείου που είναι πιθανό να συναντήσετε στην καθημερινή σας βόλτα στο πάρκο. Γνωστά και ως στοιχεία σπανίων γαιών, αυτά τα 14 στοιχεία βρίσκονται όλα μεταξύ των ατομικών αριθμών 57 και 71 και έχουν το δικό τους τμήμα στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα. Τι είναι οι λανθανίδες και πού μπορεί να τις συναντήσετε στην καθημερινή σας ζωή;
Ιδιότητες λανθανίδης
Αρχικά, ας ρίξουμε μια ματιά στα στοιχεία που συνθέτουν την ομάδα λανθανιδών. Παρά το παρατσούκλι της ομάδας, στοιχεία σπάνιων γαιών, αυτά τα στοιχεία δεν είναι και τόσο σπάνια. Αυτά περιλαμβάνουν:
| Atomic No. 57-61 | Atomic No. 62-66 | Atomic No. 67-71 |
|---|---|---|
| Λανθάνιο | Σαμάριο | Χόλμιο |
| Cerium | Ευρώπη | Erbium |
| Πρασεοδύμιο | Γαδολίνιο | Θούλιο |
| Νεοδύμιο | Τέρβιο | Υτέρβιο |
| Προμέθιο | Δυσπρόσιο | Λουτέτιο |
Η μόνη εξαίρεση σε αυτή την αφθονία είναι το προμέθιο επειδή παράγεται τεχνητά στο εργαστήριο.
Περιστασιακά, το σκάνδιο και το ύττριο περιλαμβάνονται σε αυτήν την ομάδα, αλλά τα έχουμε ήδη συζητήσει σε προηγούμενο άρθρο, επομένως θα αφήσουμε αυτά τα δύο εκτός αυτής της συζήτησης.
Χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά των λανθανιδών
Ενώ οι λανθανίδες είναι αρκετά κοινές στον φλοιό της Γης, τείνουν να είναι πολύ δύσκολο να εξαχθούν σε χρησιμοποιήσιμες ποσότητες. Αυτά τα στοιχεία είναι φωτεινά και συνήθως ασημί — τουλάχιστον μέχρι να εκτεθούν στο οξυγόνο. Είναι εξαιρετικά αντιδραστικά και, ενώ δεν είναι εκρηκτικά, αμαυρώνουν γρήγορα — γεγονός που τα καθιστά επίσης ευαίσθητα σε μόλυνση από άλλα στοιχεία.
Δεν αμαυρώνουν όλες οι λανθανίδες με τον ίδιο ρυθμό. Το λουτέτιο και το γαδολίνιο, για παράδειγμα, μπορούν να εκτεθούν στον αέρα για μεγάλες περιόδους χωρίς να αμαυρώσουν, ενώ στοιχεία όπως το λανθάνιο, το νεοδύμιο και το ευρώπιο είναι εξαιρετικά δραστικά και πρέπει να αποθηκεύονται σε ορυκτέλαιο για να αποφευχθεί η αμαύρωση.
Όλα τα μέλη της ομάδας των λανθανιδών είναι εξαιρετικά μαλακά. Τα περισσότερα μπορούν να κοπούν εύκολα με ένα μαχαίρι και δεν χρειάζονται εργαλεία βαρέως τύπου για να τα αφαιρέσετε από τη γη.
Αυτά τα στοιχεία δεν θεωρούνται σπάνια επειδή είναι δύσκολο να βρεθούν. Είναι σπάνιες επειδή είναι δύσκολο να εξαχθούν επαρκείς ποσότητες από την καθαρή μορφή κάθε στοιχείου για να καλύψουν όλες τις βιομηχανικές ανάγκες.
Εφαρμογές πραγματικής ζωής
Πού μπορείτε να συναντήσετε αυτά τα στοιχεία σπάνιων γαιών στην καθημερινή σας ζωή, εκτός από ένα εργαστήριο; Ακολουθούν ορισμένες κοινές χρήσεις λανθανίδης.
Cerium
Η Δήμητρα είναι ένας πλανήτης νάνος στη ζώνη των αστεροειδών που, μεταξύ άλλων, χρησιμεύει ως σημαντικό σκηνικό στην τηλεοπτική εκπομπή "The Expanse". Δανείζει επίσης το όνομά του στην πρώτη λανθανίδη στη λίστα μας - το δημήτριο. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν το δημήτριο το 1803, και ενώ αποτελεί μόνο το 0,0046% του φλοιού της Γης, εξακολουθεί να είναι το πιο άφθονο από τα στοιχεία σπάνιων γαιών στον πλανήτη. Είναι απίστευτα μαλακό, γρατσουνίζεται εύκολα με μεταλλικά εργαλεία και αντικείμενα, αλλά έχει αρκετές περιορισμένες εφαρμογές.
Χρήσεις για Cerium
- Φωτισμός τόξου άνθρακα: Το δημήτριο είναι ένα βασικό συστατικό των φώτων τόξου άνθρακα, των υπερφωτεινών πηγών φωτός που είναι δημοφιλείς στη βιομηχανία κινηματογραφικών ταινιών.
- Αναπυρόλιθοι: Το δημήτριο είναι συχνά ένα από τα κύρια συστατικά του mischmetal, το οποίο θα βρείτε σε ελαφρύτερους πυριτόλιθους.
- Κατασκευή γυαλιού: Στη βιομηχανία γυαλιού, το δημήτριο βρίσκει χρήση ως γυαλιστικό και αποχρωματιστικό, αφαιρώντας τη χρωστική από το γυαλί. Είναι ακόμη δυνατή η ανάκτηση του δημητρίου από τα απόβλητα γυαλίσματος γυαλιού, καθιστώντας το φιλικό προς το περιβάλλον.
Γαδολίνιο και ύττριο
Το γαδολίνιο και το ύττριο είναι δύο πρώτες ύλες που βρίσκονται σχεδόν πάντα μαζί. Ο ίδιος ερευνητής ανακάλυψε και τα δύο στα τέλη του 1700. Ακολουθούν ορισμένες χρήσεις αυτών των στοιχείων.
Χρήση για γαδολίνιο και ύττριο
- Τηλεοπτικοί φώσφοροι: Και τα δύο στοιχεία βρίσκονται συχνά σε παλαιότερες τηλεοράσεις, δίνοντας χρώμα στις συσκευές με τη μορφή φωσφόρου. Το ύττριο, συγκεκριμένα, δημιουργεί μια ζωντανή κόκκινη απόχρωση.
- Τεχνητοί γρανάτες: Οι επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν συνθετικούς γρανάτες συνδυάζοντας γαδολίνιο και ύττριο, αλλά αυτά δεν είναι τα πετράδια που θα φορέσετε στα κοσμήματα. Αντίθετα, χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία μικροκυμάτων.
- Ράβδοι πυρηνικού ελέγχου: Το γαδολίνιο είναι το καλύτερο στοιχείο στον πλανήτη για τη σύλληψη νετρονίων, καθιστώντας το εξαιρετική επιλογή για ράβδους πυρηνικού ελέγχου. Δυστυχώς, τα δύο ισότοπα γαδολινίου που λειτουργούν καλύτερα για αυτό είναι σε έλλειψη.
Λανθάνιο και Σαμάριο
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν το λανθάνιο σχεδόν τυχαία. Το 1839, ένας Σουηδός χημικός έψαχνε για ακαθαρσίες στο δημήτριο και ανακάλυψε ένα εντελώς νέο μέταλλο σπάνιων γαιών. Το όνομά του προέρχεται από την ελληνική λέξη lanthaneia, που σημαίνει «κρυμμένος». Είναι το κατάλληλο όνομα για ένα στοιχείο που κρυβόταν μέσα στο δημήτριο. Το σαμάριο, από την άλλη πλευρά, πήρε το όνομά του από τον σαμαρσκίτη, το ορυκτό από το οποίο οι επιστήμονες εξάγουν το στοιχείο.
Χρήση για Λανθάνιο και Σαμάριο
- Απορρόφηση υδρογόνου: Το λανθάνιο είναι ένα άλλο στοιχείο που μπορεί να απορροφήσει τεράστιες ποσότητες ενός άλλου. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να απορροφήσει περισσότερο από 400 φορές τον όγκο του σε υδρογόνο.
- Αναπυρόλιθοι: Όπως το δημήτριο, το λανθάνιο είναι επίσης ένα συστατικό στο mischmetal που συνθέτει ελαφρύτερους πυριτόλιθους. Οι περισσότεροι πυριτόλιθοι περιέχουν μεταξύ 25-45% λανθάνιο. Το σαμάριο αποτελεί περίπου το 1% αυτών των πυριτόλιθων.
- Κατασκευή γυαλιού: Το λανθάνιο και το σαμάριο βελτιώνουν την αντίσταση του γυαλιού στα αλκάλια, καθιστώντας το εξαιρετική επιλογή για την κατασκευή ειδικών φακών όπως αυτοί που χρησιμοποιούνται σε κάμερες και τηλεσκόπια.
Έρβιο, Τέρβιο και Ευρώπιο
Αυτά τα τελευταία στοιχεία σπανίων γαιών δεν έχουν πολλές εφαρμογές. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμα μερικές χρήσεις για αυτά τα μέταλλα.
Χρήση για Έρβιο, Τέρβιο και Ευρώπιο
- Αποχρώσεις γυαλιού και πορσελάνης: Το έρβιο είναι το κύριο συστατικό των ροζ χρωστικών για την υαλουργία και τις αποχρώσεις πορσελάνης.
- Τηλεοπτικοί φώσφοροι: Όταν εκθέτετε το τέρβιο σε ηλεκτρόνια, λάμπει ένα λαμπερό πράσινο και χρησιμοποιείται συχνά ως φώσφορος στις τηλεοράσεις.
- Γραμματικά γραμματόσημα: Λίγη ποσότητα ευρωπίου πηγαίνει πολύ μακριά και επιτρέπει στα ταχυδρομεία να σαρώνουν γραμματόσημα ηλεκτρονικά.
Τα υπόλοιπα στοιχεία αυτής της ομάδας έχουν ελάχιστη έως καθόλου πρακτική εφαρμογή. Είναι αντιδραστικά και ακριβά στα δικά μου. Μπορεί να τα βρείτε σε τηλεοράσεις ως φωσφόρους ή σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Σίγουρα δεν είναι το είδος της πρώτης ύλης που θα δείτε στο τοπικό παντοπωλείο ή πολυκατάστημά σας.
Έχετε εντοπίσει λανθανίδες στην καθημερινότητά σας; Ενημέρωσέ μας! Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις σχετικά με αυτά τα στοιχεία σπάνιων γαιών, μη διστάσετε να απευθυνθείτε. Θα θέλαμε να ακούσουμε νέα σας! Ποιο είναι το αγαπημένο σας στοιχείο από την ομάδα των λανθανιδών;
