العناصر الأرضية النادرة

ما هي العناصر الأرضية النادرة؟

العناصر الأرضية النادرة (REE): هي مجموعة من سبعة عشر عنصرًا معدنيًا وتشمل هذه الأنواع الخمسة عشر اللانثانيدات في الجدول الدوري بالإضافة إلى سكانديوم والإيتريوم، وتعد العناصر الأرضية النادرة جزءًا أساسيًا من العديد من الأجهزة عالية التقنية.

العناصر الأرضية النادرة كلها معادن وغالبًا ما يشار إلى المجموعة باسم (معادن الأرض النادرة) وهذه المعادن لها العديد من الخصائص المتشابهة وهذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى وجودها معًا في الرواسب الجيولوجية، يشار إليها أيضًا باسم (أكاسيد الأرض النادرة) لأنّ العديد منها يُباع عادةً كمركبات أكسيد.

أسماء العناصر الأرضية النادرة

العناصر الأرضية النادرة هي مجموعة من سبعة عشر عنصرًا كيميائيًا تحدث معًا في الجدول الدوري وتتكون المجموعة من الإيتريوم و15 عنصرًا من اللانثانيدات (اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، السماريوم، اليوروبيوم، الجادولينيوم، التيربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإيتربيوم واللوتيتيوم)، يوجد سكانديوم في معظم رواسب العناصر الأرضية النادرة ويصنف أحيانًا على أنّه عنصر أرضي نادر ويشمل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية سكانديوم في تعريفهم لعنصر الأرض النادرة.

تمّ اكتشاف الإيتريوم من بين الكيانات الاقتصادية الأرضية لأول مرة في عام (1794م) بواسطة الكيميائي يوهان جادولين الذي عزل أكسيدًا وأطلق عليه اسم (الإيتريا) في معدن تمّ جمعه من مقلع بالقرب من قرية يتيربي في السويد وقد اتضح أنّه خليط من عدة أكاسيد للأتربة النادرة بما في ذلك أكسيد الإيتريوم، كان أول عنصر أرضي نادر يتم عزله هو السيريوم وتمّ عزل معظم الكيانات الأرضية الأخرى بشكل فردي في القرن التاسع عشر وتمّ عزل آخرها بشكل طبيعي في عام (1907م).

وقد استغرق الأمر أكثر من (150) عامًا من أول (REE) إلى الاكتشاف النهائي للبروميثيوم في عام (1947م) ونظرًا لأنّ البروميثيوم عنصر مشع يتكون من اضمحلال النظائر غير المستقرة لليوروبيوم واليورانيوم مع أطول عمر نصفي يبلغ (17.7) عاماً ولا يوجد العنصر في قشرة الأرض بتركيزات يمكن اكتشافها لهذا السبب، يتم استبعاد البروميثيوم من الاعتبار في هذه المراجعة.

هل هذه العناصر نادرة؟

العناصر الأرضية النادرة ليست (نادرة) كما يوحي اسمها. يعتبر الثوليوم واللوتيتيوم أقل العناصر الأرضية النادرة وفرة ولكن لكل منهما متوسط ​​وفرة في القشرة الأرضية يزيد بنحو (200) مرة عن وفرة الذهب في القشرة، ومع ذلك من الصعب للغاية استخراج هذه المعادن لأنّه من غير المعتاد العثور عليها بتركيزات عالية بما يكفي للاستخراج الاقتصادي، أكثر العناصر الأرضية النادرة وفرة هي السيريوم والإيتريوم واللانثانوم والنيوديميوم حيث يوجد لديهم متوسط ​​وفرة من القشرة التي تشبه المعادن الصناعية شائعة الاستخدام مثل الكروم والنيكل والزنك والموليبدينوم والقصدير والتنغستن والرصاص.

العناصر الأرضية النادرة ليست ضرورية للنباتات ومع ذلك يمكن للنباتات امتصاص العناصر الأرضية النادرة من التربة من خلال الجذور ويمكن أن تمتص العناصر الأرضية النادرة من خلال الأوراق المعرضة لجزيئات الغلاف الجوي التي تحتوي على العناصر الأرضية النادرة، تركيزات العناصر الأرضية النادرة في النباتات الشائعة في ظل الظروف الطبيعية منخفضة بشكل عام.

ومع ذلك أشارت نتائج التحقيق في عدة أنواع من النباتات المزروعة في مناطق تعدين العناصر الأرضية النادرة في الصين إلّا أنّه بسبب المستويات العالية من العناصر الأرضية النادرة في التربة والمسطحات المائية فإنّ تركيز العناصر الأرضية النادرة في بعض النباتات في العناصر الخضراء والبطاطا الحلوة كان (10 – 20) مرة أعلى من المستويات المحدودة القصوى للملوثات في الأطعمة الصادرة.

ما هي استخدامات العناصر الأرضية النادرة؟

تُستخدم المعادن والسبائك الأرضية النادرة التي تحتوي عليها في العديد من الأجهزة التي يستخدمها الأشخاص يوميًا مثل ذاكرة الكمبيوتر وأقراص (DVD) والبطاريات القابلة لإعادة الشحن والهواتف المحمولة والمحولات الحفازة والمغناطيس وإضاءة الفلورسنت وغير ذلك. خلال السنوات العشرين الماضية كان هناك انفجار في الطلب على العديد من العناصر التي تتطلب معادن أرضية نادرة وقبل عشرين عامًا كان عدد قليل جدًا من الأشخاص يمتلكون هاتفًا محمولًا ولكن اليوم يمتلك أكثر من 5 مليارات شخص جهازًا محمولًا وقد نما استخدام العناصر الأرضية النادرة في أجهزة الكمبيوتر بنفس سرعة نمو الهواتف المحمولة تقريبًا، العديد من البطاريات القابلة لإعادة الشحن مصنوعة من مركبات أرضية نادرة.

إن استخدام الولايات المتحدة لعناصر الأرض النادرة المحفزات الكيميائية يبلغ حوالي (55٪) صناعة السيراميك والزجاج (15٪) المعادن والسبائك (10٪) تلميع الزجاج (5٪) واستخدامات أخرى (15٪)، توجد عدّة أرطال من المركبات الأرضية النادرة في البطاريات التي تشغل كل مركبة كهربائية ومركبة كهربائية هجينة ونظرًا لأنّ المخاوف المتعلقة باستقلال الطاقة وتغير المناخ وقضايا أخرى تدفع بيع السيارات الكهربائية والهجينة فإنّ الطلب على البطاريات المصنوعة من المركبات الأرضية النادرة سيرتفع بشكل أسرع.

تستخدم الأتربة النادرة والفوسفور ومركبات التلميع هذه جميعها في التحكم في تلوث الهواء والشاشات المضيئة على الأجهزة الإلكترونية وتلميع الزجاج ذي الجودة البصرية ومن المتوقع أن تشهد كل هذه المنتجات طلبًا متزايدًا. يمكن استبدال العناصر الأرضية النادرة بمواد أخرى في أهم استخداماتها ومع ذلك، فإنّ هذه البدائل عادةً ما تكون أقل فعالية وتكلفة.