Qu'est-ce queterres rares?
L'histoire de l'humanité remonte à plus de 200 ans, depuis la découverte des terres rares en 1794. Comme peu de minéraux de terres rares étaient découverts à cette époque, seule une petite quantité d'oxydes insolubles dans l'eau pouvait être obtenue par voie chimique. Historiquement, ces oxydes étaient communément appelés « terres », d'où le nom de terres rares.
En réalité, les terres rares ne sont pas rares dans la nature. Ce ne sont pas des terres, mais des éléments métalliques classiques. Leur activité est la deuxième plus élevée après celle des métaux alcalins et alcalino-terreux. Leur teneur dans la croûte terrestre est supérieure à celle du cuivre, du zinc, de l'étain, du cobalt et du nickel.
À l’heure actuelle, les terres rares sont largement utilisées dans divers domaines tels que l’électronique, la pétrochimie, la métallurgie, etc. Presque tous les 3 à 5 ans, les scientifiques parviennent à découvrir de nouvelles utilisations pour les terres rares, et sur six inventions, une ne peut se passer des terres rares.
La Chine est riche en terres rares et occupe la première place mondiale sur trois plans : réserves, production et volume d'exportation. Parallèlement, elle est également le seul pays capable de fournir les 17 terres rares, notamment les terres rares moyennes et lourdes, dont les applications militaires sont particulièrement importantes.
Composition des éléments des terres rares
Les éléments des terres rares sont composés d'éléments lanthanides dans le tableau périodique des éléments chimiques :lanthane(La),cérium(Ce),praséodyme(Pr),néodyme(Nd), prométhium (Pm),samarium(Sm),europium(UE),gadolinium(Dieu),terbium(Tb),dysprosium(Moi),holmium(Ho),erbium(Euh),thulium(Tm),ytterbium(Yb),lutécium(Lu) et deux éléments étroitement liés aux lanthanides :scandium(Sc) etyttrium(Y).
On l'appelleTerres rares, abrégé en Terre Rare.
Classification des éléments des terres rares
Classés selon les propriétés physiques et chimiques des éléments :
Éléments de terres rares légères :scandium, yttrium, lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium
Éléments de terres rares lourdes :gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutécium
Classés selon les caractéristiques minérales :
Groupe du cérium :lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium
Groupe de l'yttrium :gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutécium, scandium, yttrium
Classification par séparation par extraction :
Terres rares légères (extraction à faible acidité P204): lanthane, cérium, praséodyme, néodyme
Terres rares moyennes (extraction à faible acidité P204) :samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium
Terres rares lourdes (extraction d'acidité dans P204) :holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutécium, yttrium
Propriétés des éléments des terres rares
Plus de 50 fonctions des éléments des terres rares sont liées à leur structure électronique 4f unique, ce qui les rend largement utilisés dans les domaines des matériaux traditionnels et des nouveaux matériaux de haute technologie.
orbite électronique 4f
1. Propriétés physiques et chimiques
★ Possède des propriétés métalliques évidentes ; Il est gris argenté, à l'exception du praséodyme et du néodyme, il apparaît jaune clair
★ Couleurs d'oxyde riches
★ Former des composés stables avec des non-métaux
★ Métal vivant
★ Facile à oxyder dans l'air
2 Propriétés optoélectroniques
★ Sous-couche 4f non remplie, où les électrons 4f sont protégés par des électrons externes, ce qui donne lieu à divers termes spectraux et niveaux d'énergie
Lorsque les électrons 4f effectuent une transition, ils peuvent absorber ou émettre un rayonnement de différentes longueurs d'onde, de l'ultraviolet, du visible aux régions infrarouges, ce qui les rend appropriés comme matériaux luminescents
★ Bonne conductivité, capable de préparer des métaux des terres rares par méthode d'électrolyse
Le rôle des électrons 4f des terres rares dans les nouveaux matériaux
1. Matériaux utilisant des fonctionnalités électroniques 4f
★ Arrangement de spin des électrons 4f :se manifeste par un fort magnétisme – adapté à une utilisation comme matériaux d'aimants permanents, matériaux d'imagerie IRM, capteurs magnétiques, supraconducteurs, etc.
★ Transition électronique orbitale 4f: se manifeste par des propriétés luminescentes – adaptées à une utilisation comme matériaux luminescents tels que les phosphores, les lasers infrarouges, les amplificateurs à fibre, etc.
Transitions électroniques dans la bande guide de niveau d'énergie 4f : se manifestent par des propriétés colorantes – adaptées à la coloration et à la décoloration des composants de points chauds, des pigments, des huiles céramiques, du verre, etc.
2 est indirectement lié à l'électron 4f, en utilisant le rayon ionique, la charge et les propriétés chimiques
★ Caractéristiques nucléaires :
Petite section efficace d'absorption des neutrons thermiques – convient à une utilisation comme matériaux de structure des réacteurs nucléaires, etc.
Grande section efficace d'absorption des neutrons – adaptée aux matériaux de blindage des réacteurs nucléaires, etc.
★ Terres rares Rayon ionique, charge, propriétés physiques et chimiques :
Défauts de réseau, rayon ionique similaire, propriétés chimiques, charges différentes – adapté au chauffage, catalyseur, élément de détection, etc.
Spécificité structurelle – convient à une utilisation comme matériaux de cathode en alliage de stockage d'hydrogène, matériaux d'absorption des micro-ondes, etc.
Propriétés électro-optiques et diélectriques – convient pour une utilisation comme matériaux de modulation de la lumière, céramiques transparentes, etc.
Date de publication : 06/07/2023