Wie Seltenerdelemente moderne Technologie ermöglichen

In Frank Herberts Weltraumoper „Dunes“ verleiht eine wertvolle natürliche Substanz namens „Gewürzmischung“ den Menschen die Fähigkeit, durch das riesige Universum zu navigieren, um eine interstellare Zivilisation zu gründen.Im wirklichen Leben auf der Erde hat eine Gruppe natürlicher Metalle, sogenannte Seltenerdelemente, moderne Technologie ermöglicht.Die Nachfrage nach diesen Schlüsselkomponenten nahezu aller modernen Elektronikprodukte steigt stark an.

Seltene Erdenerfüllen tausende verschiedene Anforderungen – beispielsweise wird Cer als Katalysator für die Ölraffinierung verwendetGadoliniumfängt Neutronen in Kernreaktoren ein.Die hervorstechendste Fähigkeit dieser Elemente liegt jedoch in ihrer Lumineszenz und ihrem Magnetismus.

Wir setzen auf seltene Erden, um den Bildschirm unseres Smartphones einzufärben, verwenden Fluoreszenz, um die Echtheit von Euro-Banknoten anzuzeigen, und übertragen Signale über Glasfaserkabel am Meeresboden.Sie werden auch für die Herstellung einiger der stärksten und zuverlässigsten Magnete der Welt benötigt.Sie erzeugen Schallwellen in Ihren Kopfhörern, verbessern digitale Informationen im Weltraum und verändern die Flugbahn thermischer Suchraketen.Seltene Erden fördern auch die Entwicklung umweltfreundlicher Technologien wie Windkraft und Elektrofahrzeuge und könnten sogar neue Komponenten für Quantencomputer produzieren.Stephen Boyd, ein synthetischer Chemiker und unabhängiger Berater, sagte: „Diese Liste ist endlos.Sie sind überall

Seltene Erden beziehen sich auf Lanthanide, Lutetium und 14 Elemente zwischen Lanthan undYttrium, die oft in derselben Lagerstätte vorkommen und ähnliche chemische Eigenschaften wie Lanthanoide haben.Diese grauen bis silberfarbenen Metalle sind typischerweise plastisch und haben einen hohen Schmelz- und Siedepunkt.Ihre geheime Stärke liegt in ihren Elektronen.Alle Atome haben einen Kern, der von Elektronen umgeben ist, die sich in einer Region namens Umlaufbahn befinden.Die Elektronen in der Umlaufbahn, die am weitesten vom Kern entfernt ist, sind Valenzelektronen, die an chemischen Reaktionen teilnehmen und Bindungen mit anderen Atomen eingehen.

Die meisten Lanthanide verfügen über eine weitere wichtige Gruppe von Elektronen, die sogenannten „f-Elektronen“, die in der goldenen Zone in der Nähe des Valenzelektrons, aber etwas nahe am Kern leben.Ana de Bettencourt Dias, eine anorganische Chemikerin an der University of Nevada, Reno, sagte: „Es sind diese f-Elektronen, die die magnetischen und lumineszierenden Eigenschaften von Seltenerdelementen verursachen.“

Seltene Erden sind eine Gruppe von 17 Elementen (im Periodensystem blau markiert).Eine Untergruppe der Seltenerdelemente wird Lanthanide genannt (Lutetium, Lu, plus die Zeile mit der ÜberschriftLanthan, La).Jedes Element enthält eine Hülle, die normalerweise f-Elektronen enthält, wodurch diese Elemente magnetische und leuchtende Eigenschaften haben.