Prvky vzácných zemin

Prvky vzácných zemin je historický název pro 17 prvků, který vedle 15 prvků ze skupiny lanthanoidů (od lanthanu po lutecium) zahrnuje také skandium a yttrium, protože se vyskytují společně a mají podobné vlastnosti. Většina těchto prvků navzdory svému jménu není vzácná, avšak netvoří bohaté žíly. V horninách zemské kůry se vyskytují pospolu v různě nízkých koncentracích. Jejich extrakce vyžaduje náročné zpracování velkých objemů horniny.

Co činí jejich vlastnosti tak unikátní? Je to struktura elektronových slupek. Vnější slupky 5d a 6s, jež jsou důležité pro chemickou vazbu, jsou u všech lanthanoidů velmi podobné (obsazením i rozměry). Mnohem více se liší obsazením vnitřní slupky f. To má jeden důležitý důsledek: jejich iontový poloměr s atomovým číslem klesá. Zatímco lanthan má iontový poloměr 0,12 nm, lutecium již jen přibližně 0,1 nm. Protože mají téměř stejnou elektronegativitu, lze daný lanthanoid ve sloučenině snadno nahradit jiným. Důsledkem rozdílného iontového poloměru však lze magnetické nebo optické vlastnosti sloučeniny jemně nastavit. Například sloučeniny oxidu titanu RTiO₃ lze připravit od antiferomagnetických (když R bude některý prvek od lanthanu po gadolinium) po feromagnetické (když R bude yttrium nebo kterýkoli z prvků mezi holmiem a luteciem).

Dodavatelský řetězec prvků vzácných zemin.

Prvky vzácných zemin se používají v supravodivých magnetech MRI, magnetech mikrofonů, luminoforech LED, v zářivkách, v plochých monitorech, ve vláknové optice. Jednou z důležitých aplikací jsou pevnolátkové lasery. Yttrito-hlinitý granát Y₃Al₅O₁₂, v němž je část iontů Y³⁺ substituována ionty neodymu Nd³⁺, je jedním z několika set dielektrických krystalů s příměsmi, které lasery využívají jako aktivní prostředí. Rovněž tak za zmínku stojí výroba superslitin, supravodičů etc. etc. Pro odvětví tzv. čisté energie jsou klíčové čtyři prvky: neodym, dysprosium, praseodym a terbium. Jsou potřebné pro permanentní magnety generátorů větrných elektráren a pro elektromotory automobilů.

17 prvků vzácných zemin – skandium, yttrium a lanthanoidy (žlutě lehké, modře těžké prvky vzácných zemin).

Jianshi Zhou, Fiete G. A.: Rare earths in a nutshell. Phys. Today 73, 66, 2020/1, DOI: 10.1063/PT.3.4397