O stali i innych metalach ziem rzadkich słów kilka.

Dwa dni temu oczom wielu użytkowników Twittera, w tym moim, ukazał się następujący obrazek:

O ile lit, mangan, nikiel czy miedź jak najbardziej znajdują się w układzie okresowym, o tyle stali tam nie znajdziemy, gdyż jest to stop, głównie żelaza i węgla. Kolejną kwestią jest to, że choć lit i inne wymienione znajdują zastosowanie w produkcji baterii i akumulatorów, to żaden z nich nie zalicza się do wspomnianych przez p. posłankę “pierwiastków ziem rzadkich”, zwanych również “metalami ziem rzadkich” lub opisywanych angielskim skrótem REE czyli “rare-earth elements”. Pierwiastki, które należy zaliczać do tej grupy, to skand i itr oraz wszystkie lantanowce. Spójrzmy na układ okresowy:

Przypomnijmy sobie kilka rzeczy z lekcji chemii. Pierwiastki w jednej kolumnie mają podobne właściwości chemiczne. Nazwy tych “rodzin” tworzymy dodając końcówkę “-owce” do nazwy pierwiastka o najniższej liczbie atomowej z danej kolumny. Wyjątek stanowi pierwsza kolumna, gdzie zamiast wodorowców mamy litowce, czasem nazywane “metalami alkalicznymi”, których nazwa pochodzi od tworzonych z wodą silnie zasadowych (alkalicznych) wodorotlenków. Kolejno znajdujemy berylowce, znane również jako metale ziem alkalicznych, skandowce, tytanowce i tak dalej aż do osiemnastej kolumny, znanej szerzej jako helowce. W jednym z wcześniejszych tekstów pozwoliłem sobie również wyjaśnić iż podobieństwa w właściwościach pierwiastków z jednej grupy wynikają z podobieństwa ich konfiguracji elektronowej, tj. z tego jak elektrony zajmują kolejne piętra energetyczne i ile ich zostaje na ostatnim. Pierwiastek leżący obok drugiego może mieć totalnie różne właściwości jak np. węgiel i azot, ale ten leżący pod musi mieć podobne, jak np. potas i sód. I świetnie się to sprawdza aż do liczby 57 czyli do lantanu. Jak się okazuje, kolejne pierwiastki aż do lutetu mają tak podobne właściwości fizyczne i chemiczne, jakby leżały w jednej grupie, stąd opisano je jako lantanowce, czyli właśnie owe metale ziem rzadkich.

Samo określenie “metale ziem rzadkich” sugeruje, iż te pierwiastki są rzadko spotykane na naszej planecie. Nie jest to prawdą, gdyż ich zawartość w skorupie ziemskiej nie ustępuje innym, np. cer i itr są bardziej rozpowszechnione niż molibden. Pomimo tego oraz tego, że są krytycznie ważne dla naszej cywilizacji, pozyskanie i wykorzystanie tych metali wiąże się z licznymi problemami, które zauważono już w szwedzkiej kopalni w Ytterby, od której to nazwy pochodzą nazwy czterech pierwiastków z tej grupy, tj. terbu, erbu, iterbu i itru. Pierwiastki te występują na naszej planecie głównie w formie różnych minerałów czyli różnych krzemianów, węglanów czy fosforanów, w których są zmieszane z sobą. Przykładem takiego minerału może być monacyt.

fot. na licencji CC BY-SA 3.0

Ten minerał to mieszanka tlenków ceru, neodymu, lantanu itp. Jak łatwo zauważyć, im bardziej podobne są do siebie składniki, tym trudniej jej rozdzielić. Stąd myślę, że o tych pierwiastkach powinno się mówić nie tyle, że są “rzadko spotykane”, co że są “rzadko niezmieszane”. Procesy technologiczne z tym związane są drogie i zaawansowane. Zresztą sami odkrywcy mieli z tym nielichy kłopot, często okazywało się że to, co uważali za wyodrębniony pierwiastek, okazywało się być mieszaniną dwóch lub więcej. Najczęściej udawało się je wyodrębnić w formie tlenku. Tu warto wspomnieć, że dawniej tlenki określano zbiorczą nazwą “ziemie”, i stąd nazwa zwyczajowa tej grupy. Duże zainteresowanie tymi pierwiastkami wynika z tego, że nasza cywilizacja jest od nich krytycznie zależna, jak wspomniałem wcześniej.

Weźmy na przykład internet i światłowody, które nie mogłyby powstać bez iterbu. Laser odczytujący dane z dysku w waszym komputerze czy silne magnesy również je zawierają – myślę że wielu z nas bawiło się magnesami wykonanymi z neodymu i było zaskoczonych ich siłą. Elektrownie jądrowe zależą od prętów sterujących, dzięki którym reakcja jądrowa może być kontrolowana – do ich produkcji niezbędny jest samar itp. Właściwie każdy sprzęt elektroniczny zawiera któryś z nich.

Jak wspomniałem, ich pozyskanie jest trudne i kosztowne, a bez nich nie ma naszej cywilizacji, więc pozwolę sobie zakończyć ten krótki wpis prośbą o recykling. Oddajcie swoje stare telefony, laptopy itp. do odpowiedniego punktu. Nikt z was nie wyrzuciłby na śmietnik złota, więc nie róbcie tego z metalami, które są od niego cenniejsze.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem
.

2 thoughts on “O stali i innych metalach ziem rzadkich słów kilka.

  1. O promecie (liczba atomowa 61) na pewno można powiedzieć, że jest rzadki, bo w stanie naturalnym jest go w skorupie ziemskiej około pół kilograma, a najtrwalszy izotop ma okres połowicznego rozpadu 17,7 roku, więc musi cały czas być produkowany na bieżąco. Ale promet (i prawie cała tablica Mendelejewa) występuje w gwieździe Przybylskiego (HD 101065):

    https://link.springer.com/article/10.1007/s11963-008-1005-7

    1
    • Zresztą promet wraz z technetem jako jedyne o liczbie atomowej poniżej ołowiu nie posiadają stabilnych izotopów. Promet znajdywany na naszej planecie powstaje w wyniku rozpadu uranu.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *