Сейчас в новостях много шума…
Сейчас в новостях много шума про редкоземельные металлы (Rare Earth Metals).
Вроде как все примерно понимают, о чём речь, но я хочу прояснить нюансы. Всё за раз не рассказать, я потом отдельно напишу про экономико-политическую сторону вопроса, а сейчас просто маленький ликбез. Опять, это я для тебя разбираюсь, вам достаётся просто за компанию.
Так вот, что же это за зверь такой — редкоземельные металлы, почему они редкие, что значит «земельные» и зачем они вообще нужны? Само название сложилось исторически и потому вводит в заблуждение. Сейчас расскажу.
Во-первых, это металлы, то есть обычно хорошо проводящие электричество, плавкие, ковкие, и блестящие. Среди химических элементов металлы занимают около 80%, кроме них есть неметаллы и полуметаллы (или металлоиды), например кремний. Неметаллы — это в основном газы, такие как кислород, водород, азот, гелий, неон итд, а также несколько твёрдых веществ — углерод, сера, фосфор, селен и иод.
Главная разница между типами элементов в том, как они вступают в связь с другими элементами, и это определяется «щедростью» атома на электроны. Совместимость атомов по числу таких электронов называется валентностью (прошу химиков простить мои бесстыжие упрощения). У металлов мало валентных электронов, и они легко их отдают, а у неметаллов — наоборот, много, а у инертных газов внешняя оболочка вообще заполнена, поэтому они ни с кем не реагируют. Соединения устойчивы, когда между атомами набирается восемь электронов на внешнем уровне — так называемое «правило октета». Поэтому металлы легко соединяются с неметаллами, образуя соли, оксиды и другие соединения.
В природе, в естественном виде существует около сотни химических элементов. Их можно разделить на те, что атомарно легче железа, и те, что тяжелее, это всё из-за астрофизики, ведь элементы тяжелее железа формируются в сверхновых и при слияниях нейтронных звёзд. Чем тяжелее, тем реже, и хотя они встречаются уже реже, но в масштабах планеты их всё равно много — ничего по-настоящему редкого нет, редкоземельных уж точно много. То есть редкое есть, и это то, что учёным пришлось синтезировать, то есть тяжелее плутония. С точки зрения применения и использования проблема в другом - элементы почти никогда не бывают в чистом виде, а смешаны между собой. Их разделение и очистка — вот что сложно.
Поэтому всё, что трудно найти и особенно трудно выделить в чистом виде, люди исторически считали редким. И когда в XIX веке учёные открывали новые элементы, они им казались редкими, ведь они встречались только в соединениях, и в крошечных количествах. Одно из самых простых соединений это оксид. А раз металлов 80%, а в атмосфере благодаря жизни на земле полно свободного кислорода, то все эти металлы быстро превратились в оксиды, и их так много и все они поперемешаны, что раньше их просто называли землями, типа такая земля, сякая земля, зеленоватая, или буроватая, или темноватая земля или с некими элементами, всё же типа грязюка, стало быть земля наша родная. А так вообще они есть повсюду, где-то чуть больше, где-то чуть меньше. И добывать их можно почти в любой стране, просто там где они погуще добыча становится значительно дешевле.
Когда химия как наука развилась, стало ясно, что целая группа схожих по свойствам элементов заслуживает отдельного названия. У них почти одинаковые атомные радиусы, валентность и ионные заряды, а методы их разделения схожи. Можно сказать, это химическое братство, из 17 элементов. При этом каждый из них уникален: церий, неодим, европий и другие нашли своё применение — в магнитах, сплавах, катализаторах, оптике. Когда наука и техника рванули вперёд, оказалось, что без них современная индустрия просто не работает. И вот исторически сложилось, что редкоземельные металлы оказались вовсе не редкими, а просто капризными при извлечении, а название так и осталось.