عناصر کمیاب و منابع آنها در روی زمین

عناصر کمیاب زمین، عنصرهای ۵۸ تا ۷۱ جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند و جزو عناصر واسطه داخلی می‌باشند. وجه تسمیه لانتانیدها از عنصر ۵۷ جدول یعنی لانتان (La) گرفته شده است. باید توجه داشت که خواص شیمیایی این دسته از عناصر مشابه خواص لانتان می‌باشد. در واقع اطلاق نام عناصر نادر یا کمیاب، از آنجائی که این عناصر نه کمیابند و نه به آن دسته از اکسیدهای خاکی مانند (اکسیدهای) آلومینیوم، زیرکونیوم و ایتریوم تعلق دارند، غلط مصطلح است.

زمانی که نخستین اعضای این گروه برای اولین بار کشف شد، بصورت اکسید مجتمع گردیده بودند و از آنجایی که این اکسیدها تا اندازه ای به اکسیدهای کلسیم، منیزیم و آلومینیوم که بعدها به آنها عنوان اکسیدهای خاکی اطلاق گردید شباهت دارند، لذا این عناصر به نام عناصر کمیاب معروف گردیدند.

در هر صورت باید توجه داشت که سریوم در پوسته زمین بسیار فراوان‌تر از سرببوده و نیز ایتریم از قلع بسیار فراوان‌تر است و حتی باید اذعان نمود که کمیاب‌ترین خاک‌های کمیاب، به استثنای پرومتیم، بسیار از عناصر گروه پلاتین فراوان ترند.

مهمترین کانی‌های عناصر کمیاب عبارتند ازمونازیت، زنوتیم، بستناسیت. معمولا این مواد بوسیله اعمال مکانیکی مانند شناورسازی و یا استفاده از روش‌های مغناطیسی تغلیظ می‌شوند. سپس لانتانیدها در حالتی که بصورت کانی‌های فسفات یا سیلیکات می‌باشند، بوسیله اسید مورد شستشو قرار می‌گیرند. برخی از کانی‌ها مانند کولومبوتانتالات‌ها با کربن حرارت داده شده و یا تحت تاثیر کاستیک قوی قبل از سنگ شویی قرار داده می‌شوند.

 

 

 تربیوم (Terbium)

تربیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Tb وعدد اتمی ۶۵ می‌باشد.

تاریخچه

Carl Gustaf Mosander شیمیدان درسال ۱۸۴۳ تربیوم را کشف نمود و آنرا بر اساس نام دهکده Ytterby واقع در سوئد نامگذاری نمود. او این عنصر را به شکل ناخالصی‌های موجود در اکسید ایتریم (Y2O3) شناسایی کرد. تربیوم تا قبل از پیدایش فن آوری‌های اخیر جابجائی یونی، به شکل خالص جداسازی نشده بود.

 

پیدایش

تربیوم هرگز بصورت عنصر آزاد در طبیعت وجود ندارد، اما در کانی‌های زیادی از جمله سیریت، گادولینیت و مونازیتC , La ,(Th , Nd , Y(PO4 که دارای بیش از 0/03% تربیوم، زنوتایم (YPO4) و اوکسنیت (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th (Nb,Ta,Ti2O6 که دارای ۱% یا بیشتر تربیوم می‌باشند، وجود دارد.

 

خصوصیات قابل توجه

تربیوم عنصر کمیاب و خاکستری رنگی است که قابل انعطاف و چکش‌خوار بوده و به قدری نرم است که با چاقو بریده می‌شود، تا حدقابل قبولی در هوا پایدار است و دارای دو دگرگونی بلورین و درجه تغییر شکل ۱۲۸۹درجه سانتی گراد می‌باشد.

 

کاربردها

تربیوم به فلورید کلسیم،تنگستیت کلسیم و مولیبدیت استرانسیم افزوده می‌شود که در ابزار حالت جامد و به عنوان تثبیت کننده‌های بلورین پیل‌های سوختی در دماهای بالا و به همراه ZrO2 عمل می‌کنند. به علاوه تربیوم در آلیاژها و ساخت وسایل برقی بکار میرود و اکسید آن، دارای توانایی جهت فعال نمودن فسفر سبز موجود در لامپ مهتابی و لامپ تصویر تلویزیون‌های رنگی می‌باشد. بورات تربیوم سدیم به عنوان ماده لیزری که در ۵۴۶۰ آنگستروم، نورهمنوسان ساطع می‌کند، بکار می‌رود.

 

ترکیبات

 ترکیبات تربیومعبارتند از:

•  فلوئوریدها TbF2- TbF3TbF4
•  کلریدها TbCl3
•  برمیدها TbBr3
•  یدیدها TbI3
•  اکسیدها TbO2 – Tb2O3
•  سولفیدها Tb2S3
•  سلنیدها Tb2Se3
•  نیتریدها TbN

 

ایزوتوپ‌ها

تربیوم بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Tb-159 و ۳۳ رادیوایزوتوپ استکه فراوانترین آنها تربیوم ۱۵۸ با نیمه عمر ۱۸۰ سال، تربیوم ۱۵۷ با نیمه عمر ۷۱ سالو تربیوم ۱۶۰ با نیمه عمر 73/3 روز می‌باشد. مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن دارای نیمه عمرهایی کمتر از 907,6 روز هستند که اکثر آنها نیز نیمه عمری کمتر از ۲۴ ثانیهدارند. تربیوم همچنین ۱۸ حالت متا دارد.

حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار (تربیوم ۱۵۹) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن فروپاشی منفی بتا است. محصول فروپاشی اولیه قبل از تربیوم ۱۵۹ ایزوتوپ‌های عنصر Gd گادولینیم و محصول اولیه پس از آن ایزوتوپ‌های عنصر Dy دیسپروزیم هستند

 

 

دیسپروزیوم (Dysprosium)

دیسپروزیم، عنصر شیمیایی است که با نشان Dy و عدد اتمی۶۶ در جدول تناوبی قرار دارد.

تاریخچه

Paul Emile Lecoq de Boisbaudranشیمیدان فرانسوی، در سال ۱۸۸۶ در پاریس برای اولین بار دیسپروزیم را شناسایی نمود، اما تا قبل ازابداع روشهای تبادل یونی و کاهش فلزنگاری در دهه ۶۰،این عنصر به شکل نسبتا خالص بدست نیامده بود. نام دیسپوزیم از واژه یونانی dysprositos به معنی مشکل بدست آمدن گرفته شده است.

 

پیدایش

دیسپوزیم هرگز بصورت عنصری آزاد دیده نشده است، اما اغلب به همراه اربیوم و هولمیوم یا سایر عناصر خاکی کمیاب در بسیاری از کانی‌ها از جمله xenotime, fergusonite gadolinite, euxenite polycrase, blomstrandine, monazite, bastnasite یافت می‌شود.

  

خصوصیات قابل توجه

دیسپروزیم، عنصر کمیابی است که دارای رنگ نقره ای درخشان و در حرارت اطاق نسبتا پایدار است، اما به سرعت در اسیدهای معدنی رقیق یا غلیظ حل شده، هیدروژن آزاد می‌کند. این عنصر به قدری نرم است که با چاقو بریده می‌شود و اگر زیاد گرم نشود، بدون جرقه تراشیده می‌شود. ویژگی‌های دیسپروزیم حتی با مقادیر بسیار کمی ناخالصی تحت تاثیر قرار می‌گیرد.

 

کاربردها

از دیسپروزیم به همراه وانادیم و عناصر دیگر در ساخت مواد لیزر استفاده می‌شود، قابلیت جذب بالای نوترون حرارتی و نیز نقطه ذوبش، موجب کاربرد آن در میله‌های کنترل اتمی شده است. از اکسید دیسپروزیم (نام دیگر آن dysprosia است)، به همراه ترکیبات چسبناک نیکل که در بمباران طولانی مدت نوترون بی هیچ افزایش یا کاهشی به آسانینوترون جذب می‌کنند، در میله‌های خنک کننده موجود در رآکتورهای اتمی استفاده می‌شود. علاوه بر آن از دیسپروزیم در تولید لوح‌های فشرده (CD) استفاده می‌گردد.

 

ترکیبات

•  فلورایدها DyF3
• کلریدهــا DyCl2
• برومیدها DyBr2 – DyBr3
• یدیدها DyI3 – DyI2
• اکسیدهـا Dy2O3
• سولفیدها Dy2S3
• نیتریدها DyN

 

ایزوتوپ ها

دیسپروزیوم بصورت طبیعی دارای ۷ ایزوتوپ پایدار۱۶۴-Dy،۱۶۰-Dy،۱۵۸-Dy،۱۵۶-Dy
Dy –۱۶۴ می‌باشدکه فراوان ترین آنها Dy-164 است (فراوانی طبیعی 18۲۸%). برای این عنصر ۲۸ رادیوایزوتوپ شناخته شده که پایدارترین آنها Dy-154 با نیمه عمر E+6 3/0 سال ,Dy-159 با نیمه عمر 144/4 روز وDy-166با نیمه عمر 81/6 ساعت می‌باشد. بقیه ایزوتوپ‌های رادیواکتیو این عنصر، نیمه عمری کمتر از ۱۰ ساعت دارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از ۳۰ ثانیه است.

همچنین دیسپوزیم دارای ۵ حالت برانگیخته است که پایدارترینشان ۱۶۵m-Dy با نیمه عمر 1/257 دقیقه، ۱۴۷m-Dy با نیمه عمر 55/7 ثانیه و ۱۴۵m-Dy با نیمه عمر ۶/۱۳ ثانیه می‌باشد.

حالت فروپاشی اصلی قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار ۱۶۴-Dy جذب الکترون و روش اولیه بعد از آن فروپاشی کاهش بتا می‌باشد. محصولات فروپاشی اولیه قبل از Dy-164 ایزوتوپ‌های عنصر Tb تربیوم و محصول اولیه بعد، ایزوتوپ‌های عنصر Ho هولمیوم هستند

 

 

هولمیوم (Holmium)

هولمیوم، عنصر شیمیایی است که با نشان Ho و عدد اتمی ۶۷ درجدول تناوبی وجود دارد. هولمیوم در گروه لانتانیدها قرار داشته، عنصری فلزی، تاحدودی نرم و چکش خوار و به رنگ سفید خاکستری است. هولمیوم در هوای خشک و در دمای اطاق، عنصری پایدار می‌باشد. این فلز خاکی کمیاب درکانی‌های مونازیت و گادولینیت وجود دارد

 

تاریخچه

هولمیوم (از واژه لاتین Holmia به معنی استکهلم) در سال ۱۸۷۸ تـوسط Marc Delafontaine و Jacques Louis Soret کشف شد. آنها نوارهای جذب طیف نمایی خاص این عنصر را که در آن زمان ناشناخته بود، شناسایی کردندو آنرا عنصر X نامیدند.

بعد از آنها Per Theodor Cleve در سال ۱۸۷۸ مستقلا و هنگامی که مشغول کار بر روی اکسید اربیوم بود، این عنصر را کشف کرد. Cleve با بهره گیری از روشی که Carl Gustaf Mosander ابداع کرده بود، ابتدا تمامی ناخالصی‌های شناخته شده را از erbia خارج نمود.

نتیجه این کار، دو ماده معدنی جدید یکی قهوه ای ودیگری سبز بود. او ماده قهوه‌ای را holmia برگرفته از نام زادگاه Cleve یعنی استکهلم و ماده سبز رنگ را thulia نامگذاری کرد. بعدا مشخص شد Holmia اکسید هولمیوم و thulia اکسید تالیوم هستند.

 

پیدایش

هولمیوم مانند تمامی عناصر کمیاب بصورت آزاد در طبیعت وجود ندارد، بلکه بصورت ترکیب با عناصر دیگر در کانی‌های گادولینیت و مونازیت و سایر کانی‌های خاکی کمیاب یافت می‌شود. هولمیوم را بصورت تجاری با روش جابجایی یونی از شن مونازیت جدا می‌کنند 0/05% هولمیوم.

اما هنوز هم جداسازی آن از سایر کانی‌های خاکی کمیاب دشوار است. این عنصر با روش کاهش کلرید و فلورید آن بوسیله کلسیم فلزی تهیه شده است. مقدار موجود آن در پوسته زمین 1/3 میلی‌گرم در هرکیلو برآورد شده است.

  

خصوصیات قابل توجه

هلیم، عنصر فلزی خاکی سه ظرفیتی است که در بین تمامی عناصر طبیعی، دارای بیشترین گشتاور مغناطیسی (B6/10) بوده، خصوصیات مغناطیسی غیرعادی دیگری نیز دارد. در صورت ترکیب با ایتریوم، ترکیباتی به شدت مغناطیسی تولید می‌کند.

هولمیوم، عنصری نسبتا نرم و چکش‌خوار است که در هوای خشک و در فشار و دمای معمولی، تاحدودی پایدار و در برابر فرسایش مقاوم است، اما در هوای مرطوب و در دمای زیاد به سرعت اکسید می‌شود اکسیدی به رنگ زرد کمرنگ تولید می‌کند. هلیم در حالت خالص خود، دارای درخشش نقره ای رنگ فلزی می‌باشد.

 

کاربردها

• » بخاطر خصوصیات مغناطیسی که هولمیوم دارد، اگر آنرا بعنوان یک قطب مغناطیسی درآهن رباهای بسیار قوی قرار دهیم، قویترین میدان‌های مغناطیسی مصنوعی ساخته می‌شود متمرکز کننده شار مغناطیسی هم نامیده می‌شود.
• » چون این عنصر می‌تواند نوترون‌های fission-bred اتمی را جذب کند، از آن در میله‌های کنترل اتمی نیز استفاده می‌شود.
• » از گشتاور مغناطیسی بالای آن در لیزرهای حــالت جامد ایتریم – آهن – گارنت(YIG)و ایتریم – لانتانیم – فلوریـد(YLF)که درتجهیزات مایکروویو بکار میرود، استفاده می‌شود( که بترتیب در محیط‌های مختلف پزشکی ودندان پزشکی کاربرد دارد).
• » از اکسید هولمیوم برای زرد کردن رنگ شیشه استفاده می‌شود.

 

 

اربیوم (Erbium)

اربیوم، در جدول تناوبی با نشان Er مشخص می‌شود، دارای عدد اتمی ۶۸ می‌باشد. اربیوم، فلز کمیاب خاکی لانتانید و نقره‌ای رنگی است که به همراه چندین عنصر کمیاب دیگر در گادولینیت معدنی در Ytterby واقع در سوئد وجود دارد

 

تاریخچه

اربیوم (Ytterby یک شهر در سوئد) در سال۱۸۴۳، توسط Carl Gustaf Mosander کشف گردید. او ایتریا را از گادولینیت معدنی و بهسه صورت، به نامهای ایتریا، اربیا و تربیا جدا نمود. او نام این عنصر را از نام شهر Ytterby که مقادیر زیادی ایتریا و اربیوم در آن وجود دارد، اقتباس کرد.

اما در آن زمان، اربیا و تربیا را با هم اشتنباه کردند. بعد از ۱۸۶۰ آنچه که تربیا می‌شناختند،اربیا نامگذاری کرده و بعد از ۱۸۷۷ آنچه که اربیا میدانستند تربیا نامیدند. سرانجامGeorge Urban و Charles James در سال ۱۹۰۵ مستقلا Er2O3 نسبتا خالص را جدانمودند. تا قبل از سال ۱۹۳۴ زمانی که، کلرید بدون آب را با بخار پتاسیم کاهش دادند،فلز خالص اربیوم بصورت قابل قبول تهیه نشده بود.

  

پیدایش

این عنصر، همانند سایر عناصر خاکی کمیاب هرگز در طبیعت بصورت عنصر آزاد وجود ندارد، اما همراه سنگ معدن‌های شن مونازیت یافت می‌شوند. از نظر تاریخی، قبلا جداسازی عناصر خاکی کمیاب از یکدیگر بسیار مشکل و گران بود، اما روش تولید تبادل یونی که اواخر قرنبیستم ابداع گشت، به میزان زیادی هزینه تولید کلیه فلزات عناصر کمیاب و ترکیبات شیمیایی آنها را کاهش داد. منابع تجاری اصلی اربیوم از معادن xenotime و euxenite می‌باشند. اربیوم، فلزی به شکل گرد است و خطر آتش زایی و انفجار دارد.

 

خصوصیات توجه قابل

فلزاربیوم خالص، عنصری سه ظرفیتی،چکش خوار، نرم و در هوا تاحدی مقاوم است، بطوری که به سرعت سایر فلزات کمیاب اکسیده نمی شود. نمک آن به رنگ سرخ بوده، طیف‌های جذب مشخص و خاصی را در نور مرئی، فرابنفش و نزدیک مادون قرمز بوجود می‌آورد.

بجز این موارد، اربیوم بیشترهمانند سایر فلزات خاکی کمیاب است. سسکوئی، اکسید آن erbia نامیده می‌شود.خصوصیات اربیوم تا حدی توسط نوع و مقادیرناخالصی موجود تعیین می‌گردد.این عنصر فاقد هرگونه نقش بیولوژیکی شناخته شده ای است،اما برخی بر این باورند که اربیوم موجب فعال شدن متابولیسم می‌شود.

  

کاربردها

• » این عنصر، بیشتر بصورت فیلتر عکاسی بکار میرود
• » به علت انعطاف پذیری آن، بعنوان ماده ای افزودنی در متالوژی مفید است.
• » بعنوان جذب کننده نوترون در فناوری هسته ای بکار میرود.
• » در تقویت کننده‌های فیبری،بعنوان یک نا خالص کننده مورد استفاده است.
• » در صورت اضافه شدن به وانادیم بصورت آلیاژ، موجب کاهش سختی و بهبود کارکرد آن می‌گردد.
• » اکسید اربیوم صورتیرنگ است، بنابراین گاهی اوقات بعنوان رنگ دهنده شیشه و پوشش لعاب چینی کاربرد دارد که اغلب از این شیشه‌ها در ساخت عینک‌های آفتابی و جواهرات ارزان استفاده می‌کنند.

 

ایزوتوپ ها

اربیوم بصورت طبیعی متشکل از ۶ ایزوتوپ پایدارEr-170، Er-168، Er-166، Er-164
Er-162، Er167 می‌باشد که فراوان ترین آنها Er-166 فراوانی طبیعی۶/۳۶% است.

 

 

تولیوم (Thulium)

تولیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Tm وعدد اتمی ۶۹ می‌باشد. تولیوم، عنصری لانتانیدو دارای حداقل فراوانی در بین عناصرخاکی کمیاب است؛ با فلز آن که دارای درخشش نقره ای رنگی است، می‌توان به راحتی کارکرد و با چاقو بریده می‌شود. همچنین دربرابر فرسایش در هوای خشک تا حدی مقاوم بوده،از خاصیت انعطاف پذیری خوبی برخوردار است. تولیوم بصورت طبیعی کلا از ایزوتوپ پایدار Tm-169 ساخته می‌شود

 

تاریخچه

تولیوم را Per Teodor Cleve شیمیدان سوئدی درسال ۱۸۷۹ هنگام جستجو برای ناخالصی‌های موجود در اکسیدهای سایر عناصر کمیاب کشف نمود.( این همان روشی بود که پیشتر Carl Gustaf Mosanderبرای کشف سایر عناصر کمیاب بکار برده بود). Cleve کار را با از بین بردن تمامی ناخالصی‌های شناخته شده اِربیا( Er2O3)آغاز کرد و با فرآیندهای دیگری دو ماده جدید بدست آورد

یکی قهوه ای و دیگری سبز.

ماده قهوه ای اکسید هولمیوم بود که Cleve آنرا holmia نامید و ماده سبز، اکسید عنصری ناشناس بود. Cleve ایناکسید را thulia نامگذاری کرد و نام عنصر آن تولیوم، از کلمه Thule که نام باستانی رومی برای سرزمینی افسانه ای در نقطه ای دور دست در شمال( شاید اسکاندیناوی) بود،گرفته شده است.

  

پیدایش

این عنصر هرگز در طبیعت به شکل خالص وجود ندارد، اما در مواد معدنی و همراه سایر عناصر کمیاب به مقدار کم یافت می‌شود. عمدتا بوسیله جابجایی یونی از کانی‌های مونازیت (۰,۰۰۷% تولیوم) که در شن رودخانه‌ها وجود دارد.

 فن آوری‌های استخراج و جابجایی یونی جدیدتر، موجب جداسازی آسانتر عناصر خاکی کمیاب شده که هزینه تولید تولیوم را کاهش داده است. این فلز را میتوان با روش کاهش اکسید آن بوسیله فلز لانتانیم یا بوسیله کاهش کلسیم در ظروف در بسته تهیه کرد. هیچ کدام از ترکیبات تولیوم از نظر تجاری مهم نیستند.

 

کاربردها

• از تولیوم برای تولید لیزر استفاده می‌شده است، اما هزینه‌های بسیارزیاد تولید، مانع از گسترش سایر کاربردهای تجاری آن شده است. کاربردهای بالقوه آن،عبارتند از:
• » وقتی تولیوم پایدار( Tm-169)در رآکتور اتمی بمباران می‌شود،از آن به بعد می‌تواند بعنوان یک منبع تابشی در وسایل قابل حمل اشعه ایکس بکاررود.
• » احتمالا ایزوتوپ ناپایدار Tm-171 میتواند بعنوان یک منبع انرژی مور داستفاده قرار گیرد.
  » Tm-169 دارای کاربرد بالقوه در مواد مغناطیسی سرامیکی به نام فریت است که در وسایل مایکروویو بکــار میروند.

 

ایزوتوپ ها

تولیوم بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Tm-169 (فراوانی طبیعی ۱۰۰%) و ۳۱ رادیوایزوتوپ است که پایدارترین آنها تولیوم ۱۷۱ با نیمه عمر۱۹۲ سال، تولیوم ۱۷۰ با نیمه عمر 128/6 روز، تولیوم ۱۶۸ با نیمه عمر 93/1 روز و تولیوم ۱۶۷ با نیمه عمر 9/25 روز می‌باشند.

مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکیو نیمه عمری کمتر از ۶۴ ساعت دارند و نیمه عمر اکثر آنها نیز کمتر از ۲ دقیقه است. حالت فروپاشی اولیه قبل ازفراوان ترین ایزوتوپ پایدار Tm-169 جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن، ارسال بتامی باشد. محصول فروپاشی اولیه قبل از Tm-169 ایزوتوپ‌های عنصر ۶۸ (اربیوم) و محصول اولیه پس از آن ایزوتوپ‌های عنصر ۷۰ (ایتربیوم) هستند.

 

 

 ایتربیوم (Ytterbium)

ایتربیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نمادآن Yb و عدد اتمی آن ۷۰ می‌باشد. فلزی سبک و براق است که از عناصر کمیاب زمین بوده ودر گروه لانتانیدها قرار دارد و در معادن Monazite Gadolinite وxenotime یافت می‌شود. گاهی اوقات از این عنصر با ایترویم و دیگر عناصر هم خانواده اش در فلزات خاصی استفاده می‌شود. ایتربیوم مخلوطی از هفت ایزوتوپ پایدار است

تاریخچه

ایتربیوم از کلمه Ytterby گرفته شده که شهری در سوئد بوده استو توسط شیمیدان سوئدی به نام Jean de Margnac در سال ۱۸۷۸ کشف شد.Marignac ترکیب جدیدی در زمین پیدا کرد و آنرا به عنوان Erbia شناخت و نامش را Ytterbia گذاشت.

او تصور می‌کرد که Ytterbia جزئی از عنصر جدیدی است کهYtterbiumنام دارد که در واقع اولین عنصر کمیابی بود که کشف شده بود. در سال ۱۹۰۷ شیمیدان فرانسوی به نام Georges Urbain Ytterbia که Marignac را کشف کرده بود، آن را به دوقسمت Neoytterbiaوlutecia تقسیم کرد. Neoytterbia بعدا به عنوان عنصر Yetterbium و lutecia به عنوان عنصر Lutetium شناخته شدند.

در همان زمانAuer von Welsbach این عناصر را از Ytterbia جدا کرده و آنها را Aldebaranium و Cassiopeium نامید. خصوصیات شمیایی و فیزیکی Ytterbium تا سال ۱۹۵۳ که ایتربیوم خالص تولید شد، مشخص نشده بود.

 

پیدایش

ایتربیوم به همراه عناصر کمیاب دیگر در زمین و در معادن کمیاب یافت می‌شود. این عنصر به صورت اقتصادی از خاک monazite که حاوی ایتربیوم است، استخراج می‌شود. این عنصر همچنین در Euxenite و Xenotime پیدا می‌شود. جدا کردن ایتربیوم از دیگر عناصر کمیاب بسیار دشوار است، اما روش‌های تبادل یونی واستخراج حلالها که در قرن ۲۰سازماندهی شده، این جدا سازی را آسان کرده است. ترکیبات ایتربیوم بسیار کم یابند.

 

خصوصیات قابل توجه

ایتریبیوم عنصری سبکو چکش خوار و شکل پذیر هادی است که بسیار پُرجلوه و براق است. این عنصر کمیاب بسیار ضربه پذیر بوده و به راحتی در اسیدهای معدنی حل می‌شود و به آرامی با آب واکنش داده و در هوا اکسید می‌شود. ایتربیوم دارای سه گونه آلفا، بتا و گاما بوده و در دمای ۱۳- و ۷۵۹+ درجه تغییر شکل می‌دهد. حالت بتا در دمای اطاق بوجود می‌آید که ساختار کریستالی Face-Centered دارد و این در حالی است که گاما که در دمای بالا شکل می‌گیرد، دارای ساختار کریستالی Body-Centered می‌باشد.

بطور معمول حالت بتاشبیه به فلزی است که رسانای جریان الکتریسیته است که وقتی در فشار ۱۶۰۰ اتمسفر قرارمی گیرد، نیمه رسانا می‌شود. در فشار ۳۹۰۰۰ اتمسفر، مقاومت الکتریکی آن ده برابرمی شود، اما در فشار ۴۰۰۰۰ اتمسفر ناگهان به ۱۰% مقاومت الکتریکی آن در دمای اتاقافت می‌کند.

 

کاربردها

در زمانی که الکتریسیته در دسترس نبود، یکیاز ایزوتوپ‌های ایتربیوم به عنوان جانشین منبع رادیو اکتیو برای ماشین‌های دستی که با اشعه x کار می‌کند، استفاده میشد. این فلز میتواند برای اصلاح پالودگی مقاوم کردنو خصوصیات مکانیکی دیگر مثل ضد زنگ بکاربرده شود. برخی از آلیاژهای ایتربیوم در دندان پزشکی استفاده می‌شوند. این عنصر استفاده‌های دیگری نیز دارد.

 

ایزوتوپ ها

ایتربیوم طبیعی از هفت ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است که عبارتنداز

Yb-168,Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174وYb-176 که Yb-174 فراوان ترین ایزوتوپ ۸/۳۱% می‌باشد. برای این عنصر ۲۲ ایزوتوپ رادیو اکتیو شناسایی شده است که پایدارترین آنها Yb-169 با نیمه عمر ۳۲.۰۲۶ روز و Yb-175 با نیمه عمر ۴.۱۸۵ روزو Yb-166 با نیمه عمر ۵۶.۷ ساعت می‌باشند. بقیه ایزوتوپ‌های رادیو اکتیوی آن نیمه عمری کمتر از ۲ ساعت داشته که نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از ۲۰ دقیقه است. این عنصرهمچنین ۶ حالت متا دارد که پایدارترین آن Yb-169m t46 Seconds.

ایزوتوپ‌های ایتربیوم به صورت وزن اتمی از(Yb177)150.955 تا(Yb-780)179.952 مرتب شده اند.حالت decay اولیه بعد از فراوانترین ایزوتوپ Yb-174 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن حذف بتا می‌باشد. محصولات decay اولیه قبل از Yb-174 ایزوتوپ‌های عنصر ۶۹یعنی تالیوم محصول اولیه بعد از آن ایزوتوپ‌های عنصر ۷۱ لوتتیوم می‌باشد.

 

 

لوتتیوم (Lutetium)

لوتتیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Lu و عدد اتمی ۷۱ می‌باشد. لوتتیوم که عنصر فلزی گروه عناصر خاکی کمیاب است، در طبیعت معمولا به همرا ه ایتریم یافت می‌شود و گاهی اوقات در آلیاژهای فلزی بکار رفته و در فرآیندهای مختلف، نقش کاتالیزور دارد

تاریخچه

لوتتیوم( از واژه لاتین Lutetia به معنی پاریس)در سال ۱۹۰۷ توسط Georges Urbain شیمیدان فرانسوی و Baron Carol Auer von Welsbach کانی شناس اتریشی مستقلا کشف شد. هر دوی آنها این عنصر را در ناخالصی موجود در ایتریم معدنی کشف نمودند که به عقیده Jean Charles Galissard deMarignac شیمیدان سوئیسی( و بیشتر شیمیدانان دیگر)تماما متشکل از ایتربیوم بود.
جداسازی لوتتیوم ایتربیوم Marignac برای اولینبار توسط Urbain توصیف شد و و افتخار نامگذاری این عنصر نصیب او گشت. او نام‌های neoytterbium ایتربیوم جدید و lutecium را برای این عنصر جدید انتخاب کرد، اما بالاخره نام neoytterbium بصورت ytterbium برگشت نمود و در سال ۱۹۴۹، نگارش عنصر۱۰۷ به شکل lutetium لوتتیوم تغییر نمود. Welsbach نام‌های cassiopium را برای عنصر۷۱ برگرفته از نام نجومی Cassiopeia و albebaranium را برای نام جدید ایتربیوم پیشنهاد کرد، اما این اسامی مورد تایید قرار نگرفت؛( گرچه بسیاری از دانشمندان آلمانی هنوز عنصر ۷۱ را cassiopium می‌نامند.)

 

پیدایش

لوتتیوم که اغلب نه به تنهایی بلکه با فلزات خاکی دیگر یافت می‌شود، بسیار سخت از سایر عناصرجدا می‌شود و کمترین فراوانی را در میان تمامی عناصر طبیعی دارد. کانی تجاری اصلی لوتتیوم، سنگ معدن مانزونیت Ce,La,PO و … است که حاوی ۰,۰۰۳% این عنصر می‌باشد.

فلز لوتتیوم خالص فقط تاحدی در سال‌های اخیر جداسازی شده و تهیه آن بسیار دشوار است بنابراین یکی از نادرترین و گرانترین فلزات خاکی کمیاب است لوتتیوم را با روش جابجایی یونی از عناصر خاکی کمیاب دیگر بدست می‌آورند (کاهش LuCl3 یا LuF3 بوسیله یک فلز قلیایی و یا یک فلز قلیایی خاکی انجام می‌شود).

 

خصوصیات قابل توجه و کاربردها

لوتتیوم، فلزی سیم گون، سه ظرفیتی و مقاوم در برابرفرسودگی است که نسبتا در هوا پایدار و سنگین ترین و سخت ترین عنصر خاکی کمیاب به شمار میرود. چون تهیه این فلز بصورت مقادیر مفید بسیار گران می‌باشد، بنابراین کاربردهای تجاری بسیار کمی دارد اما لوتتیوم پایدار را میتوان در پالایشگاه‌ها و بعنوان کاتالیزور در کراکینگ بنزین مورد استفاده قرار داد. موارد استفاده دیگر آن،در آلکیلاسیون، هیدروژناسیون و پلیمریزاسیون می‌باشد.

حالت فروپاشی اولیه قبل ازفراوانترین ایزوتوپ پایدار،(لوتتیوم ۱۷۵)جذب الکترون( با مقداری ارسال الکترون مثبـت و آلفا) است و اولین حالت بعد از آن ارسال بتا می‌باشد. محصولات فروپاشی اولیه قبل از لوتتیوم ۱۷۵ ایزوتوپ‌های عنصر ۷۰ (ایتربیوم) و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپ‌های عنصر ۷۲ هافنیوم هستند.

 

ترکیبات

• فلوریدها
• LuF3
•  کلریدها LuCl3
•  برمیدها LuBr3
•  یدیدها Lu2I3
•  اکسیدها Lu2O3
•  سولفیدها Lu2S3
• نیتریدها LuN

 

 

 ایتریوم (Yttrium)

 ایتریوم یکی از عناصر شیمایی جدول تناوبی است که نماد آن Y و عدد اتمی آن ۳۹ می‌باشد. این عنصر، فلز انتقالی براق و سفید است. ایتریبیوم درکانی‌های عناصر کمیاب خاکی یافت می‌شود که دو نوع از ترکیبات آن در ساخت رنگ قرمز برای تلویزیون‌های رنگی مصرف می‌شود

خصوصیات قابل توجه

ایتریوم، فلزی براق، پُرجلوه و فروزنده و کمیاب است که نسبتا در هوا مقاوم بوده وازنظر شیمیایی شبیه به لانتانیدها می‌باشد. خرده‌های این فلز در دمای بالاتر از ۴۰۰ درجه در هوا مشتعل می‌شود. اگر ایترویم به ذرات بسیار ریز تقسیم شود، مقاومت خود رادر مقابل هوا از دست می‌دهد. حالت متداول اکسیداسیون این عنصر +۳ می‌باشد.

 

کاربردها

• » اکسید ایتریوم از مهمترین ترکیبات ایتریوم است که بیشتر درساخت اروپی Y7O4 و Y2O3 استفاده می‌شود که رنگ قرمز لامپ تصویر تلویزیون‌های رنگی را تولید می‌کند.
• » اکسید ایترویم همچنین در ساخت گارنت آهن-ایتریوم استفاده می‌شود که صافی‌های مایکروویو بسیار موثری هستند.

• » آهن ایترویم، آلومینیوم وگادولینیوم، خاصیت مغناطیسی جالبی دارند. Yttrium-iron-garnet به عنوان فرستنده و پخش کننده انرژی شنوایی بسیار موثر است. Yttrium Aluminum Garnet دارای سختی ۸.۵است و همچنین به خاطر شباهت به الماس به عنوان سنگ جواهر استفاده می‌شود.
• » مقدار کمی از این عنصر(۰.۲% تا ۰.۱)برای کم کردن اندازه دانه‌های کروبیوم،مولیبدنوم و زیرکنونیوم استفاده می‌شود و همچنین در افزایش مقاومت آلومینیوم و منیزیم کاربرد دارد.

• » به عنوان کاتالیزور برای پلیمرکردن گارنت آلومینیوم -ایتریوم، فلورید لیتیوم ایتریوم و ایتریوم و انادیت در ترکیب دو پنت‌ها مانند نئودیمیوم یا اربیم در لیزرهای مادون قرمز استفاده میشوند.
• » این عنصر برای احیا کردن وانادیوم و دیگر غیر فلزان استفاده می‌شود.

• » ایتریوم به عنوان سازنده چدن گره دار شناخته شده که خاصیت رسانایی آن را افزایش می‌دهد.(گرافیت درساخت چدن گره دار گره‌ها را به هم متراکم می‌کند تا از پوسته پوسته شدن آن جلوگیریکند.)از آن جا که اکسید ایتریوم، نقطه ذوب بالاتر پایداری بیشتر و از استنباط کمتری نسبت به شیشه برخوردار است میتواند در فرمول ساخت شیشه و یا سرامیک استفاده شود.

 

تاریخچه

Ytterby که توسط Johann Gadolin در سال ۱۷۹۴کشف شدو توسط Friedrich ohler در سال ۱۸۲۸ به عنوان عصاره ناخالص Yttria از عمل احیاءکلرید YCl3 با پتاسیم بدست آمد. Yttria یعنی (Y2O3) اکسید ایتریوم است و توسط Johan Gadolin در سال ۱۷۹۴ در معدن Gadolinite در Yetterby کشف شد.

در سال ۱۸۴۳ Carl Mosander ثابت کرد که Yttria می‌تواند به اکسید سه عنصر متفاوت تقسیم شود Yttria نامی بود که برای مهمترین عنصر استفاده میشد و نام بقیه عناصر Erbia و Terbia بود. معدن سنگی که در نزدیکی دهکده Ytterby واقع شده معادن غیر معمولی زیادی در بردارد که سنگ‌های کمیاب زمین و دیگر عناصر در آن یافت می‌شود. عناصر Erbium وTerbium ,Ytterbium و Yttrium همه از روی نام این معدن نامگذاری شده‌اند.

 

پیدایش

این عنصر در بیشتر معادن کمیاب زمین و سنگ معدن اورانیوم یافت می‌شود،اما هرگز به صورت طبیعی به عنوان عنصر آزاد وجود ندارد. ایتریوم به صورت اقتصادی ازخاک Monazite به مقدار ۳% Ce, Po, la و همچنین از Bastnasite به مقدار ۰.۲% Ce, La بازیافت می‌شود.

این عنصر توسط عمل تقلیل فلوروئید ایتریوم توسط فلز کلسیم بدست می‌آید، اما با روش‌های دیگر نیز تولید می‌شود. جدا کردن این فلز از دیگر عناصرکمیاب بسیار سخت است، زیرا هنگام استخراج به صورت پودر طوسی تیره رنگ می‌باشد. نمونه‌های صخره‌های قمری از Apollo program حاوی مقادیر زیادی از این عنصر می‌باشند.

 

ایزوتوپ ها

ایزوتوپ طبیعی تنها از یک ایزوتوپ Y39 تشکیل شده است. پایدارترین رادیو ایزوتوپ اکتیو Y-88 با نیمه عمر ۱۰۶.۶۵ روز و Y-91 با نیمه عمر ۵۸.۵۱ روز می‌باشند. تمام ایزوتوپ‌های دیگر آن نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، بجز Y-87 که نیمه عمر آن ۷۹.۸ ساعت است.

حالت زوال ایزوتوپی در ایزوتوپ های زیر Y-89 الکترون گیری و حالت بعد از آن حذف بتا می‌باشد. برای این عنصر ۲۶ ایزوتوپ ناپایدار شناخته شده است Y-90 در موازنه با ایزوتوپ هم خانواده استرونیوم ۹۰ که محصول انفجار اتمی می‌باشد، وجود دارد.

 

 

منابع عناصر کمیاب در روی زمین:

کربناتیت‌ها بیشتر با سنگ‌های آذرین آلکالندر ریفت‌های داخل قاره ای وبه ندرت جزایر اقیانوسی و نقاط داغ داخل قاره گزارش شده اند. کربناتیت‌ها از دوره پر کامبرین تا عهد حاضر گزارش شده اند.مواد معدنی مهمی از کربناتیت‌ها بدست می‌آیند عبارت اند از نیوبیوم، آهن، آپاتیت، عناصر کمیاب،ورمیکولیت، استرانسیوم، باریم، زیرکون، اورانیوم، فلوریت و تیتان

کربناتیت‌های حاوی عناصر کمیاب از نوع آهن دار هستند.این کربناتیت‌ها به ندرت یافت می‌شوند. کربناتیت‌های آپاتیت-مگنتیت اکثرا دارای مقدار کمی عناصر کمیاب هستند. دوکمپلکس کربناتیت کولا(Kola)در روسیه و مانت پاس(Mountain pass)در کالیفرنیا(آمریکا)ذخایر قابل توجهی از عناصر کمیاب دارند.کانی‌های مهمی که در اینذخایر یافت می‌شوند عبارتند:

پیروکلر (Ca.Na)2(Nb.Ta)2O6(O.OH.F)،بادالیتZrO2،باستانسیت(F.OH)(Ce.La)2CO3,و مونازیت  CePO4 و پاریزیت (Ca.La)2(CO3)3F2 حدود ۱۳۰ کانی مختلف تاکنون در کربناتیت‌ها تشخیص داده شده است.

عناصر کمیاب می‌تواند از سنگ‌های آذرین آلکالن حاصل شود(سمینوف و همکاران ۱۹۷۲). عناصر کمیاب اکثرا در سنگ‌های آلکالن غنی از سدیم-پتاسیماسیدی یافت می‌شود. نفلین سیانیت‌ها حاوی عناصر کمیاب می‌باشند.

پگماتیت‌هایی که در عمق ۵/ ۳ تا ۷ کیلومتری (عمق متوسط) از سطح زمین تشکیل شده اند به پگماتیت‌های حاوی عناصر کمیاب معروفند. بیشتر کانی‌های حاوی عناصر کمیاب به صورت پلاسر یافت می‌شوند.

 

کانی‌های زیر حاوی عناصر کمیاب می‌باشند:

•  مونازیت (Ce,La,Nd,Th)PO4
•  زینوتیم YPO4
•  آلانیت (Ce,Ca,Y)2(Al+3,Fe+3)3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
•  سریوپیروکلر (Ce,Ca,Y)2(Nb,Ta)2O6(OH,F)
•  ایتروپیرو کلر (Y,Na,Ca,Y)1-2(Nb,Ta,Ti)2(O.OH)7
•  لوپاریت (Ca,Na,Ce)(Ti,Nb)O8
•  گادولینیت (Gadolinite)2BeO.FeO.Y2O3.2SiO2
•  بستنا سیت (Bastanasite)CeFCO3
•  سامارسکیت (Samarskite)(Ca,Fe,UO2)3O.Y2O3.3(Nb,Ta)2O5
•  فرگوزنیت (fergusonite)Y2O3.3(Nb.Ta)2O5
•  اگزنیت (Euxenite)Y2(NbO3)3.Y2(TiO3)3.1 1/2H2O
•  ایتروفلوئوریت (Yttrofluorite)2YF33CaF3

 

 

زینوتیم ( YPO4)

زینوتیم یکی از کانی‌های کمیاب ایتریوم می‌باشد. Wakefielditeو chernovite-(Y) دیگر کانی‌های ایتریوم هستند هر چند به ترتیب واناداتوارسنات می‌باشند. اغلب اوقات اورانیوم وبرخی از عناصر کمیاب مانند ایربیوم، تریوم،ایتریوم، زیرکونیوم در این کانی یافت می‌شود. زینوتیم به مقدار کم رادیواکتیویته می‌باشد.

 

 

گادولینیت (Gadolinite)

فرمول شیمیایی ۲BeO.FeO.Y2O3.2SiO2

نام دیگر آن Yttrium Iron Beryllium Silicateاست. این کانی تاحدی کانی کمیاب است. شکل آن منشوری، مقطع عرضی بلورها به شکل الماس، و معمولا به رنگ سبز و با درخشندگی زیبا می‌باشد. این کانی حاوی دو عنصر ایتریوم (yttrium) و بریلیوم (beryllium) می‌باشد. اتریوم (yttrium) یک فلز کمیاب زمین است ودر صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد

 

 

سامارسکیت (Samarskite)

نام دقیق آن smarskite-y است این کانی در گرانیت پگماتیت‌ها در سنگ‌های آذرین درونی که آرام سردشده اند یافت می‌شود. سامارسکیت همراه کوارتز، فلدسپات، کلومبیت، تانتالیت، و برخی ازعناصر کمیاب می‌باشد. رنگ آن مشکی مخملی تا قهوه ای تیره است. و کریستال‌های آن مات و رادیواکتیویته می‌باشد و اغلب با لیمونیت(Limonit) پوشیده شده است. در کوه‌های آرال در روسیه، نروژ، سوئد، برزیل، امریکا یافت می‌شود

 

 

ایتروفلوئوریت (Yttrofluorite)

این کانی حاوی فلرورید و مقدار قابل محسوس ایتریوم (Ytrium) می‌باشد و یون‌های (Ca) در ساختار‌های فلورید جایگزین شده‌اند. این کانی در روسیه، امریکا، نروژ، ژاپن، مغولستان یافت می‌شود

 

 

لانتانیوم (Lanthanum)

لانتانیم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان La و عدد اتمی ۵۷ قرار دارد.

تاریخچه:

G. Mosander در سال ۱۸۳۹، هنگامی که نمونه‌ای از نیترات سریوم را بصورت جزئی تجزیه کرد، بوسیله گرم کردن و افزودن نمک حاصله به اسید نیتریک رقیق، لانتانیم را کشف نمود. او موفق به جداسازی عنصر خاکی کمیابی از محلول حاصله شد که آنرا lantana نامید. لانتانیم به شکل نسبتا خالص در سال ۱۹۲۳ تهیه شد.واژه لانتانیم از کلمه یونانی lanthanein به معنی پنهان شده گرفته شده است.

پیدایش مونازیت (Ce,La,Th,Nd,y,PO4) و بستنازیت، (Ce,La,Y,CO3F) کانی‌های اصلی هستند که حاوی به ترتیب ۲۵ و ۳۸ درصدلانتانیم می‌باشند.

خصوصیات قابل توجه لانتانیوم، عنصر فلزیسیمین رنگی است که به گروه سوم جدول تناوبی تعلق دارد و اغلب به عنوان جزوی ازلانتانید‌ها به حساب می‌آید. این عنصر در بعضی از کانی‌های عناصر کمیاب و بیشتر بصورت ترکیب با سدیم و عناصر کمیاب دیگر یافت می‌شود. لانتانیم انعطاف پذیر و چکش‌خوار بوده و به قدری نرم است که با چاقو بریده می‌شود.

این عنصر یکی از واکنش پذیرترین فلزات کمیاب است. لانتانیم با کربن، نیتروژن، بورن، سلنیوم، سیلیکون، فسفر، گوگرد عنصری و هلوژن‌ها کاملا واکنش نشان می‌دهد. در معرض هوا به سرعت اکسید می‌شود. آب سرد به آرامی و آب داغ به سرعت لانتانیم را مورد حمله قرار میدهد.

 

کاربردها

• » La-Ba تعیین کننده قدمت سنگ‌ها و کانی‌ها است.
• » ترکیب جلا دهنده شیشه و سنگ‌های قیمتی
• » فلز آمیخته که یک آلیاژ آذرفشان است و در سنگ فندک بکار میرود، حاوی ۴۵% تا ۲۵% لانتانیم است.
  » افزودن مقدار کم لانتانیم به مولیبدن، موجب کاهش سختی این فلز و حساسیت آن نسبت به دماهای مختلف می‌شود.
• » افزودن مقدار کمی لانتانیم به فولاد، باعث افزایش انعطاف پذیری، چکش خواری و مقاوت آن در برابر ضربه می‌شود.
• » پراکندگی کم، ازشیشه‌های دارای فلز خاکی کمیاب استفاده می‌شود.
• » کاربردهای نورپردازی کربنی بخصوص در صنعت سینما برای روشنایی و پیشتابی استودیو
  » La2O3 مقاوت قلیایی شیشه را افزایش داده و در ساخت عینک‌های خاص، مانند نمونه‌های زیر بکار میرود
• » جذب کننده اشعه مادون قرمز
• » لنزهای دوربین و تلسکوپ به علت ضریب شکست بالا و پراکندگی کم، از شیشه‌های دارای فلز خاکی کمیاب استفاده می‌شود.
• » افزودن مقدار کم لانتانیم به آهن، به تولید ذرات گرد چدن کمک می‌کند.
• » کسید و بوریدآن در لامپ‌های الکترونی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

ایزوتوپ ها

لانتانیم، بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو است La-139 و La-138 که ایزوتوپ ۱۳۹ فراوانترین (فراوانی طبیعی 91,99 درصد) آنها است.۳۱ رادیوایزوتوپ هم برای آن مشخص شده که پایدارترین آنها La-138 با نیمه عمر حدود ۱۱ سال و La-137 با نیمه عمر ۶۰۰۰۰ سال می‌باشد.

مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن، نیمه عمری کمتر از ۲۴ ساعت دارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از یکدقیقه است. همچنین این عنصر دارای ۳ meta state می‌باشد. وزن اتمی ایزوتوپ‌های لانتانیم، بین amu120( La-120)تا  پamu152(La-152) است.

 

 

سریوم (Cerium)

سریوم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Ce و عدداتمی ۵۸ می‌باشد.

تاریخچه: Wilhelm von Hisinger و Jacob Berzelius در سال ۱۸۰۳ در سوئد و Martin Heinrich Klaproth مستقلا در آلمان در همانسال موفق به کشف این عنصر شدند. Berzelius آن را از روی نام خرده سیاره سیریز که ۲سال قبل از آن در سال ۱۸۰۱ کشف شده بود، به این نام نامید.

 

پیدایش:

سریوم، فراوانترین عنصر خاکی کمیاب است که 0/0046 درصد پوسته زمین راتشکیل می‌دهد. سریوم در تعدادی کانی از جمله آلانیت(Ca,Ce,La,Y)2(Al,Fe)3(SiO4)3(OH)مونازیت و باستناسیت در حال حاضر مهمترین منابع سریوم می‌باشند. این عنصر اغلب توسط یک فرآیند جابجایی یونی بدست میآید که در آن ازدانه‌های مونازیت بعنوان منبع سریوم استفاده می‌گردد. ذخایر بزرگ مونازیت، آلانتیت وباستناسیت، تامین کننده سریوم، توریم و سایر فلزات خاکی کمیاب برای سال‌های طولانی خواهند بود.

سریوم، عنصر فلزی خاکستری رنگی است که به گروه لانتانیدها تعلق دارد. این عنصر در برخی از آلیاژهای غیر متداول درطبیعت بکار میرود و شکل اکسید شده آن در صنعت شیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. ازنظر رنگ و درخشش شبیه آهن است، اما هم نرم بوده و هم چکش‌خوار و انعطاف‌پذیر است.
در بین عناصر خاکی کمیاب، تنها اروپیوم واکنش پذیرتر از سریوم می‌باشد. محلول‌های قلیایی رقیق و اسیدهای غلیظ به سرعت به این فلزحمله میکنند. در صورت خراش نوع خالص این فلز با چاقو احتمال سوختن آن وجود دارد. سریوم در آب سرد به آرامی و در آب گرم به سرعت تجزیه می‌شود.
نمک‌های سریوم (IV) نارنجی، قرمز یا زرد هستند، درحالی که نمک‌های سریوم (III) معمولا سفیدند.

  

کاربردها

• » سریوم در ساخت آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیوم و برخی از فولادها و آهن‌ها بکار میرود.
• » افزودن سریوم به چدن مانع گرافیتی شدن آن شده، تولید آهن چکش خوار (مالیبل)می کند.
• » در فولادها، سریوم به کاهش سولفیدها و اکسیدها کمک کرده،مانع گازی شدن می‌شود.
• » سریوم در فولاد ضد زنگ بعنوان عامل سخت کننده سریعکاربرد دارد. ۳ تا ۴ درصد سریوم که به همراه ۰,۲ تا ۰,۶ درصد زیرکونیم به آلیاژهایمنیزیم اضافه شده است، به پالایش غلات کمک نموده، موجب قالب گیری بینقص اشکال پیچیده می‌شود. بعلاوه موجب مقاومت منیزیم قالب گیری شده در برابر حرارت می‌شود.
• » سریوم در آلیاژهایی که برای ساخت آهن رباهای دائمی بکار میرود، مورد استفاده قرارمی گیرد.
• » سریوم در روشنایی با قوس کربن، بخصوص در صنعت سینما کاربرد دارد.
• » سولفات سریک بعنوان یک عامل اکسید کننده حجمی در آزمایش‌های کمی کاربرد گسترده ای دارد.
  » ترکیبات سریوم(III)و سریوم(IV)در سنتزهای آلی بعنوان کاتالیزور مورد استفاده هستند.
• » اکسید سریوم در پالایش نفت خام بعنوان سرعت دهنده جداسازی کاربرد دارد.
• » اکسید سریوم در شیشه امکان جذب انتخابی اشعه فرا بنفش را بوجود می‌آورد.

 

ایزوتوپ ها

سریوم بصورت طبیعی متشکل از ۳ ایزوتوپ پایدار و ۱ ایزوتوپ رادیواکتیو است. Ce-136, Ce-138 Ce-140 و Ce-142 که فراوانترین آنها Ce-140 است. (۴۸/۸۸ % وفور طبیعی). ۲۷ رادیوایزوتوپ مشخص شده که فراوان ترین و پایدارترین آنها Ce-142 بانیمه عمر بزرگتر از ۵E16 سال Ce-144 با نیمه عمر 284/893 روز Ce-139 با نیمه عمر 137/640 و Ce-141 با نیمه عمر ۵۰۱/۳۲ روز می‌باشد.

مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیودارای نیمه عمری کمتری از ۴ روز هستند که اکثر آنها از نیمه عمری کمتر از ۱۰ دقیقه برخور دارند. همچنین این عنصر دارای ۲ حالت برانگیخته می‌باشد. ایزوتوپ‌های سریوم از نظر وزن اتمی بین amu123 سریوم ۱۲۳ و amu152 سریوم ۱۵۲ وجود دارند.

 

 

پراسئودیمیوم (Praseodymium)

پراسئودیمیوم یکی از عناصر شمیایی جدول تناوبی است وعدد اتمی آن ۵۹ می‌باشد.

تاریخچه : نام پراسئودیمیوم از واژه یونانی prasios به معنی سبز و didymos به معنی دوقلو یا جفت گرفته شده است. در سال ۱۸۴۱ شخصی به نام Mosander فلز کمیاب Didymium را از Lanthana استخراج کرد. در سال ۱۸۶۴ Per Teodor Cleve نتیجه گرفت که Didymium در واقع دو عنصر است و در سال ۱۸۷۹، Lecoq De Boisbaudran یک خاک جدید به نام Samarium را از آن جدا کرد.

در سال۱۸۸۵ یک شیمیدان استرالیایی به نامC. F. Auervon Welsbach didymium دیدیمیوم را به دو عنصر تجزیه کرد پراسئودیمیوم و Neodymium که نمک‌هایی با رنگ‌های گوناگون بوجود می‌آورد.

 

پیدایش:

پراسئودیمیوم در عناصر معدنی کمیاب Monazite و Bastnasite یافت می‌شود و میتواند توسط فرایند تبادل یونی از Bastnasite یا Monazite بازیافت شود. پراسئودیمیوم همچنین %۵ Misch Metal را به خود اختصاص می‌دهد.

خصوصیات قابل توجه : پراسئودیمیوم یک عنصر فلزی نرم و نقرهای رنگ است کهاز گروه لانتانیدها می‌باشد. از نظر خوردگی در مقابل هوا مقاوم بوده، اما در صورت مجاورت با هوا یک اکسید سبز رنگ از خود به جا می‌گذارد و به همین دلیل باید در زیریک روغن معدنی سبک نگهداری شده، یا توسط پلاستیک یا شیشه پوشیده شود.

 

کاربردها

• » استفاده به عنوان یک عامل آلیاژی با منیزیم برای ساخت فلزات مستحکم که در موتور هواپیما استفاده می‌شود.
• » پراسئودیمیوم هسته لامپ‌های قوس کربن را که در صنعت تصاویر متحرک برای نورپردازی استودیوها و لامپ‌های پروژکتور استفاده می‌شوند، شکل می‌دهد.
• » ترکیبات پراسئودیمیوم در ساخت شیشه و لعاب‌های زرد رنگ کاربرد دارد.
• » ترکیبات پراسئودیمیوم در ساخت شیشه و لعاب‌های زرد رنگ کاربرد دارد.
• » پراسئودیمیوم یکی از اجزای شیشه‌های Didymium که برای ساخت عینک‌های محافظ مخصوص جوشکارها و شیشه دم‌ها بکار میرود، می‌باشد.

 

ترکیبات

 ترکیبات پراسئودیمیوم شامل موارد زیر می‌شود:

•  فلوریدهاPrF3- PrF2
•  کرلریدهاPrCl3
•  برومیدهاPrBr3- Pr2Br5
•  یدیدها PrI2- PrI3- Pr2I5
•  اکسیدها PrO2 – Pr2O3
•  سولفیدها PrS – Pr2S3
•  سلنیدها PrSe
•  تلوریدها PrTe – Pr2Te3
•  نیتریدها PrN

 

ایزوتوپ ها

پراسئودیمیوم که به صورت طبیعی بوجود می‌آید، از یک ایزوتوپ پایدار (۱۳۱) تشکیل شده، ۳۸ رادیو ایزوتوپ برای آن شناخته شده است که پایدارترین آنها Pr 143 با نیمه عمر ۵۷/۱۳ روز و Pr142 با نیم عمر ۲/۱۹ می‌باشد. تمام ایزوتوپ‌های رادیو اکتیو دیگر آن نیمه عمرهایی کمتر از ۵۹۸۵ ساعت دارند که نیمه عمراکثر آنها کمتر از ۳۳ ثانیه است. این عنصر همچنین ۶ حالت برانگیختگی دارد.

حالت فروپاشی اصلی قبل از ایزوتوپ فعال Pr141 الکترون گیری حالت اصلی بعد از آن کاهش بتا می‌باشد. محصول فروپاشی اولیه قبل از Pr141 ایزوتوپ‌های عنصر Cerium 58 و محصول اصلی بعد از آن ایزوتوپ‌های عنصر Neodymium 60 می‌باشد.

 

 

پرومتیوم (Promethium)

پرومتیوم، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی می‌باشد کهنماد آن Pm و عدد اتمی آن ۶۱ است.ریشه لغوی نام پرومتیوم ازکلمه Prometheus گرفته شده است. Prometheus یکی از اساطیر یونانی بود که آتش را ازآسمان دزدید وآن را به انسان داد.

تاریخچه:

وجود پرومتیوم برای اولین بار توسط Branner در سال ۱۹۰۲ پیش بینی شد و این پیش بینی در سال ۱۹۱۴توسط Moseley تائید شد. البته چند گروه دیگر نیز ادعا می‌کردند که این عنصر را تولید کرده‌اند، اما هرگز نتوانستند کشفیات خود را به اثبات برسانند، چرا که جدا کرد نپرومتیوم از عناصر دیگر بسیار دشوار می‌باشد.

اولین مدرک وجود پرومتیوم در سال ۱۹۴۴توسط Jacob A.Marinsky Lawrence E. Glendenin و Charles D. Coryell در طی عمل شکافتن هسته اتم اورانیوم و به عنوان محصولات جنبی بدست آمد، اما به دلیل وجود مشکلات زیاد تحقیقاتی که ازجنگ جهانی دوم ناشی میشد، آنها نتوانستند ادعای خود راتا سال ۱۹۴۶ به اثبات برسانند در سال ۱۹۶۳ از شیوه‌های تبادل یونی برای بدست آوردن حدودا ۱۰ گرم پرومتیوم از ضایعات فرایند سوختی راکتورهای اتمی استفاده میشد. امروزه نیز پرومتیوم به صورت یکی از محصولات جنبی که با عمل شکافت هسته اتم اورانیوم بدست می‌آید، بازیافت می‌شود. این عمل همچنین با عمل بمباران نوترونی Nd-146 و تبدیل آن به Nd-147 تولید می‌شود که در آن Nd-147 توسط عمل Beta Decay به Pm147 با نیمه عمر ۱۱ روز تبدیل می‌شود.

 

پیدایش:

پرومتیوم به صورت طبیعی در زمین بوجود نمیآید، اما در طیف ستاره HR465 در Andromeda شناخته شده است.

 

خصوصیات قابل توجه:

پرومتیوم یک ساطع کننده بتا بوده، اشعه گاما از خود ساطع نمی کند. با این حال ذره بتا که به عناصری با عدد اتمی بالا برخورد می‌کند، می‌تواند اشعه ایکستولید کند. امروزه اطلاعات زیادی در خصوص ویژگی‌های فلز پرومتیوم در دست نیست. تنها می‌دانیم که دو حالت چند شکلی از آن وجود دارد و نمک‌های پرومتیوم در تاریکی یک نورآبی کمرنگ یا سبز از خود ساطع می‌کنند که این به دلیل خاصیت رادیواکتیوی بالای آن می‌باشد.

 

کاربردها

• » منبع تششعی بتا برای اندازه گیری ضخامت.
• » منبع نور برای علائمی که نیاز به عملکرد دقیق دارند (با استفاده ازفسفر برای جذب تششعات بتا و تولید نور).
• » استفاده در باتری‌های هسته‌ای که در آنها سلول‌های نوری نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.

• » استفاده احتمالی آن در آینده به عنوان یک منبع اشعه ایکس برای بوجود آوردن منابع تولید نیرو یا گرمای کمکی برای کاوشگرهای فضایی و سفینه‌ها و ایجاد لیزرهایی که برای ایجاد ارتباط بین زیردریایی‌ها استفاده می‌شود.

 

ترکیبات

 ترکیبات پرومتیوم شامل موارد زیر می‌شود:

•  کلریدها PmCl3
•  برمیدها PmBr3
•  اکسیدها Pm2O3

 

ایزوتوپ ها

۳۶ رادیوایزوتوپ برای پرومتیوم شناسایی شده‌اند که در میان آنها Pm-145 با نیمه عمر ۷/۱۷ سال PM146با نیمه عمر 5/53 سال و Pm-147 با نیمه عمر ۲۶۲۳۴ سال پایدارترین آنها می‌باشند. تمامی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن، نیمه عمرهایی کمتر از ۳۰۰ تا ۳۶۴ روز دارند که نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از ۲۷ثانیه است. این عنصر همچنین ۱۱ حالت برانگیختگی دارد. محصولات فروپاشی اصلی قبل از Pm145 عنصر Nd ایزوتوپ‌های نئودیمیوم و محصول اصلی بعد از آن ایزوتوپ‌های عنصر samarium می‌باشد.

 

 

نئودیوم (Neodymium)

نئودیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Nd وعدد اتمی ۶۰ وجود دارد.

ریشه لغوی: کلمه نئودیوم از واژه هاییونانی neos جدید و didymos دوگانه گرفته شده است.

تاریخچه: نئودیوم را در سال ۱۸۸۵، یک شیمیدان اتریشی به نام Carl F. Auer von Welsbach دروین کشف کرد. او نئودیوم را به همراه عنصر پرازئودیمیم از ماده ای به نام دیدیمیم جدا نمود، اما تا سال ۱۹۲۵ حالت نسبتا خالص این عنصر تهیه نشد.

امروزه بیشتر نئودیوم از طریق فرآیند جابجایی یونی شن مونازیت Ce,La,Th,Nd,Y(PO4)که ماده ای که سرشار از عناصر خاکی کمیاب است و نیز با روش الکترولیز نمک‌های هالید آن تهیه می‌شود.

 

خصوصیات قابل توجه

نئودیوم که یک فلز کمیاب است، به مقدار ۱۸% در فلز خاکی کمیاب قابل اشتعال وجود دارد. این فلز، دارای درخشش فلزی و رنگ آن نقرهای روشن بوده، یکی از واکنش پذیرترین فلزات خاکی کمیاب به حساب میآید،نئودیوم در معرض هوا به سرعت کدر شده، تولید اکسیدی می‌کند که باعث پوسته پوسته شدن این فلز میگردد و سبب اکسیداسیون بیشتر این فلز می‌شود.

 

کاربردها

• » نئودیوم در آهنرباهای دائمی بسیار قوی Nd2Fe14B بکار می‌رود. این نوع آهنرباها ازانواع آهنرباهای کبالت – سامریم ارزانتر هستند.
• » نمک‌های نئودیوم بعنوان رنگ افزای لعاب‌ها کاربرد دارند.
• » از نئودیوم در رنگآمیزی شیشه یک طیف ملایم کهبین بنفش خالص تا قرمز و خاکستری می‌باشند، استفاده می‌شود. نوری که از این شیشه هاساطع میگردد، نوار جذبی درخشانی را پدیدار میکنند. از این نوع شیشه در فعالیتهای نجومی برای تولید نوارهای درخشانی که بوسیله آنها احتمال درجه بندی خطوط طیفی وجوددارد استفاده می‌شود. شیشه حاوی نئودیوم، یک ماده لیزری است که به جای یاقوت برایتولید نور همنوسان بکار میرود. از نئودیوم همچنین برای زدودن رنگ سبز شیشه‌ها کهناشی از آلاینده‌های آهن است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• » نئودیوم، بخشی از دیدیمیوم است که در رنگ آمیزی شیشه‌های عینک‌های جوشکاری بکار میرود.

 

پیدایش

نئودیوم هرگز در طبیعت بصورت عنصر آزاد یافت نمی شود، بلکه بیشتردرکانیهایی از قبیل شن مونازیت Ce,La,Th,Nd,Y(PO4) و باستنوسیت (Ce,La,Th,Nd,Y(CO3)F) که حاوی مقادیر کمی از تمامی فلزات خاکی کمیاب هستند، وجود دارد. نئودیوم در فلزخاکی کمیاب قابل اشتعال نیز دیده می‌شود، اما جدا نمودن آن ازسایر عناصر قلیایی خاکی دشوار است.

 

ترکیبات

 ترکیبات نئودیوم عبارتند از:

•  فلوریدها NdF3
•  کلریدها NdCl2 – NdCl3
•  برمیدها NdBr2 – NdBr3
•  یدیدها NdI2 – NdI3
•  اکسیدها Nd2O3
•  سولفیدها NdS – Nd2S3
•  سلنیدها NdSe
•  تلوریدها NdTe2 – Nd2Te3
•  نیتریدها NdN

 

ایزوتوپ ها

نئودیمیم بطور طبیعی دارای ۵ ایزوتوپ Nd-142 , Nd-143 , Nd-145 , Nd-146 , Nd-148 که فراوان  ترین آنها نئودیمیم ۱۴۲ فراوانی طبیعی 27/2% و ۲ ایزوتوپ پرتوزای Nd144 وNd150 می‌باشد. ۳۱ رادیوایزوتوپ هم برای این عنصر شناسایی شده که که پایدارترین آنها نئودیمیم ۱۵۰ با نیمه عمر ۱۹سال (E1.1)،ن ئودیوم۱۴۴ با نیمه عمر ۱۵سال (E29.2) ونئودیوم ۱۴۷ با نیمه عمر 10/98 روز می‌باشد.

مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو این عنصر، دارای نیمه عمرهایی کمتر از 3/38 روز هستند که بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از ۷۱ ثانیه دارند. نئودیمیم همچنین دارای ۴ حالت متا است. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان‌ترین ایزوتوپ (نئودیمیم ۱۴۲) جذب الکترون و حالت فروپاشی پس از آن، فروپاشی منفی بتا می‌باشد. محصول فروپاشی اولیه قبل ازنئودیمیم ۱۴۲ ایزوتوپ‌های (Pr پرازئودیمیم) و محصولات اولیه پس از آن ایزوتوپ‌های سرب می‌باشد

 

ساماریوم (Samarium)

یکی از عناصر شیمایی جدول تناوبی است که نماد آن Sm و عدد اتمی آن، ۶۲ می‌باشد.

تاریخچه

ساماریوم برای اولین باردر سال ۱۸۵۳ توسط شیمیدان سوئیسی، Jean Charles Galissard با عمل جذب خطوط دیدیمیوم کشف شد. در سال ۱۸۷۹ توسط شیمیدان فرانسوی، Paul Emile Lecoq De Boisbaudran در پاریس جدا شده و کانی Samarskite را بوجود آورد.

 

پیدایش

ساماریوم هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود، اما همانند دیگر عناصر کمیاب خاک شامل کانی‌های گوناگونی می‌شود که Monazit Bastnasite و Samarskite از آن جمله اند Monazite و باستانیست به صورت منابع تجاری کاربرد دارند Misch Metal حاوی حدودا یکدر صد ساماریوم بود، اما در سال‌های اخیر ساماریوم از طریق فرایندهای تبادل یونی و تکنیک‌های عصاره گیری مایعات و الکتروشیمی بدست می‌آید. ساماریوم همچنین از طریق احیااز لانتانوم نیز بدست می‌آید.

 

خصوصیات قابل توجه

ساماریوم از خاک‌های فلزی نادر است که درخشش نقرهای براقی دارد. در هوا به مقدار قابل توجهی پایدار است. همچنین این عنصر در هوا در ۱۵۰ درجه آتش می‌گیرد و سه کریستال فلزی آننیز وجود دارد که در دمای ۷۳۴ و ۹۲۲ درجه تغییر می‌کند.

 

کاربردها

• » نوردهی کربن آرکی در صنعت تصاویر متحرک.
• » تغلیظ کریستال‌های CaF2 برای استفاده در لیزرهای چشمی
• » استفاده به صورت جذب کننده نوترونی درراکتورهای هسته‌ای
• » استفاده در آلیاژها و هدفون‌ها
• » مگنت‌های Samarium-Cobalt در ساخت مگنت‌های دائمی با مقاومت بالا و نیروی درونی به بزرگی ۲۲۰۰ kA/m  کاربرد دارند.
• » اکسید ساماریوم در شیشه‌های اپتیکی برای جذب اشعه مادون قرمز موثر است.
• » ترکیبات ساماریوم به صورت حساس کننده‌های فسفری در اشعه مادون قرمز عمل می‌کنند.
• » اکسید ساماریوم، کاتالیزوری برای کم کردن آب و هیدروژن زدایی از اتانول می‌باشد.

 

ترکیبات

• فلوریدها  SmF2 – SmF3
• کلریدها  SmCl2 – SmCl3
• برمیدها  SmBr2 – SmBr3
• یدیدها  SmI2- SmI3
• اکسیدها  Sm2O3
• سولفیدهاSm2S3
• سلنیدها  Sm2Se3
• تلوریدها  Sm2Te3

 

ایزوتوپ ها

ساماریومی که به صورت طبیعی بوجود میآید، از ۴ ایزوتوپ پایدار تشکیل می‌شود که عبارتند از sm144 ,Sm150 ,Sm154و سه ایزوتوپ رادیواکتیوی دارند که شامل Sm147,Sm148 ,Sm149 می‌شود. بیشترین ایزوتوپ آن از نظر فراوانی Sm152 %26.75  می‌باشد.

در میان ایزوتوپ‌های رادیواکتیوی Sm148 با نیمه عمر ۷E+15 سال Sm194 با نیمه عمر ۲E+15  سال و Sm147 با نیمه عمر ۱.۰۶+۱۱ سال پایدارترین آنها می‌باشند. همچنی ناین عنصر ۵ Meta State دارد که پایدارترین آنها tSm141m 22.6minutes), 141m-Sm (t 22.6 minutes), 143m1-Sm(t 66 seconds)and 139m-Sm(t10.7seconds. حالت Decay اولیه قبل از ایزوتوپ پایدان Sm152 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Minus Decay می‌باشد. محصول Decay اولیه قبل از sm152 ایزوتوپ‌های عنصر Promethium و محصول اولیه بعد از آن، ایزوتوپ‌های عنصرEuropium  می‌باشد.

 

اروپیوم (Europium)

اروپیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Eu وعدد اتمی ۶۳ قرار دارد.

تاریخچه

اروپیوم برای اولین بار در سال۱۸۹۰ بوسیله Paul Emile Lecoq de Boisbaudran کشف شد. او جزء اصلی را از گادولینیوم – سامریم غلیظ بدست آورد. آنها خطوط طیفی داشتند که بوسیله سامریوم یا گادولینیوم ساخته نشده بودند، اما عموما کشف اروپیوم را به شیمیدان فرانســوی Antole Demarçay نسبت می‌دهند که در سال ۱۸۹۶ به وجود عنصری ناشناس در نمونه‌های عنصر تازه کشف شده سامریوم شک کرد و در سال ۱۹۰۱ موفق به جداسازی اروپیوم شد. فلز اروپیوم خالص تا قبل از سال‌های اخیر بدست نیامده بود.

 

پیدایش

اروپیوم هرگز در طبیعت بصورت یک عنصر آزاد یافت نشده است، اما کانی‌های زیادی که حاوی این عنصر هستند، وجود دارند که مهمترین منابع آن bastnastite و monazite می‌باشند. اروپیوم در طیف‌های خورشید و ستارگان خاصی کشف شده است.

 

خصوصیات قابل توجه

اروپیوم واکنشگر ترین عنصر خاکی کمیاب است، در هوا به سرعت اکسید شده، از نظر واکنش با آب مانند کلسیم است. اروپیوم مثل سایر عناصر خاکی کمیاب (بجز لانتانیم) در هواتقریبا بین °۱۵۰تا °۱۸۰ محترق می‌شود. این عنصر به سختی سرب بوده و تا اندازه زیادی چکش خوار است.

 

کاربردها

اگرچه اروپیوم برای ساخت لیزرها به برخیاز پلاستیک‌ها افزوده می‌شود، هیچ کاربرد تجاری برای فلز اروپیوم وجود ندارد. همچنین به علت توانایی آن در جذب نوترون، استفاده از آن در رآکتورهای اتمی در دست بررسی است. اکسید اروپیوم (Eu2O3) در تلویزیون بعنوان فسفر قرمز (ماده فروزنده قرمز) و فسفرهای با پایه ایتیریم کاربرد وسیعی دارد.

 

ترکیبات

•  ترکیباتاروپیوم عبارتند از:
•  فلوریدها EuF2 – EuF3
•  کلریدهـا EuCl2 – EuCl3
•  برمیدهـا EuBr2 – EuBr
•  یدیدها EuI3 – EuI2
•  اکسیدها Eu2O3 – Eu3O4
•  سولفیدها EuS
•  سلنیدها EuSe
•  تلوریدها EuTe

 

ایزوتوپ ها

اروپیوم بطور طبیعی دارای دو ایزوتوپ پایدار Eu-151 و Eu-153 است که ایزوتوپ ۱۵۳ فراوانتر است،(فراوانی طبیعی ۵۲,۲%) این عنصر ۳۵ رادیوایزوتوپ دارد که پایدارترین آنها Eu-150 با نیم عمر ۳۶,۹ سال Eu-152 با نیمه عمر 13/516 سال و Eu-154 با نیمه عمر 8/593 سال هستند.

کلیه ایزوتوپ‌های رادیواکتیو باقی مانده نیمه عمری کمتر از 4/7612 سال دارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از ۲/۱۲ ثانیه می‌باشد. همچنین اروپیوم دارای ۸ حالت برانگیختگی است. محصول فرو پاشی اصلی قبلاز Eu-153 ایزوتوپ‌های عنصر Sm سامریم و محصول اصلی بعد ایزوتوپ‌های عنصر Gd گادولینیوم می‌باشد.

 

 

گادولینیوم (Gadolinium)

گادولینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Gd و عدد اتمی ۶۴ می‌باشد.

تاریخچه

Jean Charles Galissard de Marignac شیمیدان سوئیسی در سال ۱۸۸۰ برای مشاهده گادولینیوم در نمونه‌های دیدیمیم و گادولینیت به بررسی خطوط طیف سنجی پرداختند، سال ۱۸۸۶ Paul Emile Lecoq de Boisbaudran دانشمند فرانسوی گادولینیا را (اکسید گادولینیوم) از ایتریای Mosander جدا نمود. خود این عنصر برای اولین بار اخیراً تهیه شده است. نامگادولینیوم مانند کانی گادولینیت از نام Johan Gadolin شیمیدان و زمین شناس فنلاندی گرفته شده است.

  

پیدایش

گادولینیوم هرگز در طبیعت بصورت آزاد وجود ندارد، اما در بسیاری از کانی‌ها از قبیل گادولینیت، مونازیت و باستنازیت یافتمی شود. این عنصر را امروزه با روش جابجایی یونی و جداسازی از حلال یا با کاهش فلورید بی آب آن توسط کلسیم فلزی تهیه می‌کنند.

 

خصوصیات قابل توجه

گادولینیوم، فلز خاکی کمیاب نقرهای رنگ، چکش خوار و قابل انعطافی است که دارای درخششی فلزی می‌باشد. این عنصر در دمای اتاق به صورت ذرات آلفای نزدیک به هم بلورینمی شود، وقتی آنرا تا ۱۵۰۸ درجه کلوین حرارت دهند، به شکل ذرات آلفای خود که دارای ساختار مکعبی body-centered است.

گادولینیوم بر خلاف سایرعناصر خاکی کمیاب نسبتاً در هوای خشک پایدار است، با این حال به سرعت در هوای مرطوب کدر شده، تولید اکسید چسبنده ناپایداری می‌کند که منتشر شده و در معرض سطح بیشتری برای اکسیداسیون قرار می‌گیرد. گادولینیوم به آرامی با آب واکنش داده، در اسیدهای رقیق محلول می‌باشد.

بعلاوه این عنصر در بین تمامی عناصر شناخته شده، بالاترین واکنش سنجی جذب حرارتی نوترون را دارا می‌باشد، اما سوخت سریع آن، استفاده از این عنصر را درمیله کنترل هسته‌ای محدود نموده است.

گادولینیوم زیر دمای بحرانی 1/083 کلوین به یکابررسانا تبدیل می‌شود، دردمای اتاق شدیداً مغناطیسی است، در واقع بجز فلزات واسطه دوره چهارم، تنها فلزی است که خصوصیات فرومغناطیسی را بروز می‌دهد.

 

کاربردها

از گادولینیوم در ساخت سنگ‌های ایتریم – گادولینیوم که کاربردهای مایکروویو دارند، استفاده می‌شود، ترکیبات گادولینیوم نیز در ساخت مواد فروزنده لامپ تصویر تلویزیون‌های رنگی بکار می‌رود و محلول ترکیبات این عنصر بعنوان پادنمای داخل وریدی جهت ارتقاء تصاویر از بیماران تحت MRI مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین گادولینیوم دارای خصوصیات ابررسانایی غیر عادی است، مقدار ۱% گادولینیوم، کارآمدی و مقاومت آهن، کروم و آلیاژهای مربوطه را در دماهای بالا و اکسیداسیون افزایش می‌دهد. در آینده احتمال استفاده از اتیل سولفات گادولینیوم که مشخصات پارازیت بسیار کمی دارد، در مایزرها وجود دارد، علاوه براین جنبش مغناطیسی زیادگادولینیوم و دمای کوری آن که تنها درحرارت اتاق وجود دارد، استفاده از آن را بعنوان جزء مغناطیسی به منظور حس کردن گرما و سرما مطرح می‌کند. گادولینیوم درتولید CDها (لوح‌های فشرده) و حافظه کامپیوتر نیز کاربرد دارد.

ترکیبات

• فلوریدها GdF3
• کلریدها GdCl3 6H2O- GdCl3
• برمیدها GdBr3
• یدیدها GdI2 – GdI3
• اکسیدها Gd2O3
• سولفیدها Gd2S3
• سلنیدها GdSe
• تلوریدها Gd2Te3
• نیتریدها GdN

 

ایزوتوپ ها

گادولینیوم بطور طبیعی دارای ۵ ایزوتوپ پایدارگادولینیوم ۱۵۴، گادولینیوم ۱۵۵، گادولینیوم ۱۵۶ گادولینیوم ۱۵۷ و گادولینیوم ۱۵۸ و دورادیوایزوتوپ گادولینیوم ۱۵۲ و گادولینیوم ۱۶۰ می‌باشد که گادولینیوم ۱۵۸ فراوانترین آنها است. ۳۰ رادیوایزوتوپ که پایدارترین آنها گادولینیوم ۱۶۰ با نیمعمر E3/1+21سال، گادولینیوم ۱۵۲ با نیمه عمر E08/1+14 سال و گادولینیوم ۱۵۰ با نیمه عمر E79/1+6 سال هستند، شناسایی شده است.

مابقی ایزوتوپ‌های آن دارای نیمه عمری کمتر از 74/7 سال هستند که اکثر آنها نیز دارای نیمه عمرهایی کمتر از ۲۴,۶ ثانیه می‌باشند. همچنین این عنصر دارای ۴ meta states است. حالت فروپاشی اولیه قبلا فراوان‌ترین ایزوتوپ پایدار گادولینیوم ۱۵۸ جذب الکترون است و حالت اولیه پس از آنفروپاشی منفی بتا است.

محصولات فروپاشی اولیه قبل از گادولینیوم ۱۵۸ ایزوتوپ‌های عنصر Eu اروپیوم است و محصولات اولیه پس از آن ایزوتوپ‌های عنصر Tb تربیوم هستند.