i

Aktuální číslo:

2022/12

Téma měsíce:

Vodík

Prvky vzácných zemin

 |  4. 4. 2022
 |  Vesmír 101, 237, 2022/4
 |  Téma: Suroviny

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).

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.

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

Ke stažení

TÉMA MĚSÍCE: Suroviny
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Chemie

O autorovi

Ivan Boháček

Mgr. Ivan Boháček (*1946) absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu UK v Praze. Do roku 1977 se zabýval v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského molekulovou spektroskopií, do roku 1985 detektory ionizujících částic v pevné fázi v Ústavu pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů. Spolu s Z. Pincem a F. Běhounkem je autorem knihy o fyzice a fyzicích Newton by se divil (Albatros, Praha 1975), a se Z. Pincem pak napsali ještě knihu o chemii Elixíry života a smrti (Albatros, Praha 1976). Ve Vesmíru působí od r. 1985.
Boháček Ivan

Další články k tématu

Katalyzátory nad zlato

Naše primární energetická spotřeba je z více než 80 % zajišťována pomocí fosilních paliv. Závislost na nich je natolik silná, že představa jejich...

90 prvků, které tvoří náš svět

Periodická tabulka 90 prvků vyskytujících se v přírodě, z nichž se skládá vše, s čím se můžeme setkat, byla nakreslena tak, že plocha, kterou...

Kritické suroviny Evropské unie a ČR

Ekonomika Česka je závislá také na neenergetických surovinách. Jak radostné jsou domácí vyhlídky?

Recyklace kovů z elektroodpadůuzamčeno

Recyklace kovů je pro nás již dávno běžná. Sbírá se železo i hliník a již jsme si zvykli, že z elektroodpadů, jako jsou procesory, se získává...

Dokážeme řádně vytěžit relikty pravěké těžby?uzamčeno

V prostoru současné těžební krajiny hnědého uhlí dolu Nástup Tušimice se nachází vzácná památka – relikty pravěkého dobývání tušimických křemenců.

Suroviny a přechod k čisté energeticeuzamčeno

Uzavření hranic vyvolané pandemií covidu-19, byť neúplné, mělo kromě jiného za následek, že otázka kritických surovin znovu vystoupila do popředí....

Je budoucnost grafitu černá?uzamčeno

Grafit je klíčová surovina pro baterie. Odhaduje se, že do roku 2040 jeho potřeba vzroste 20krát až 25krát vůči potřebě v roce 2020.

Válka a obchod

V době uzávěrky Vesmíru nevíme, kdy a jak válka v Ukrajině skončí. Lze ale předpokládat, že tak či onak naruší export důležitých komodit z obou...

Dopis do budoucnosti II

Mám neodbytný pocit déjà vu. Je polovina března 2020, pandemie covidu-19 nabírá na síle, situace se mění každým dnem a já píšu do editorialu...

Doporučujeme

Opeření nástrojaři

Opeření nástrojaři uzamčeno

Ondřej Fišer  |  5. 12. 2022
Na indonéském ostrově Tanimbar roste prudce jedovatý strom chrastoun sladkomléký (Cerbera manghas). Jeho vědecké jméno právem odkazuje na strážce...
A začala doba temna… V Africe.

A začala doba temna… V Africe. uzamčeno

Irena Jirků  |  5. 12. 2022
„Skládám puzzle. Anebo tomu říkám vitráž. Prostě sbírám střípky, spojuji je dohromady, a když tu barevnou mozaiku ozáří sluneční paprsky, objeví...
Budoucnost vodíku

Budoucnost vodíku uzamčeno

Ondřej Vrtiška  |  5. 12. 2022
Vodík není ani tak primární zdroj, jako spíše nosič energie umožňující její transport a skladování. Je také významnou surovinou řady průmyslových...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné