Класифікація рідкісних елементів

На підставі близькості фізико – хімічних властивостей, подібності технології виробництва і по деяких інших ознаками складена технічна класифікація рідкісних металів, наведена в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Технічна класифікація рідкісних металів

Група періодичної системи	Елементи	Група рідкісних металів
I II	Літій, рубидій, цезій Берилій	Легкі
IV V VI	Tитан, цирконій, гафній Ванадіій, ніобій, тантал Молібден, вольфрам	Тугоплавкі
III IV VI VII	Галій, індій, талій Германій Селен, телур Реній	Розсіяні
III	Cкaндій, ітрій, лантан та лантаноїди	Рідкоземельні
I II	Францій Радій	Радіоактивні
VI	Актиній, торій, протактиній, уран, плутоній
VII	Полоній Технецій

Германій, селен і телур віднесені до металів умовно: на відміну від металів, вони є напівпровідниками.

Ця класифікація досить умовна: багато елементів можуть бути віднесені до різних груп одночасно; так, Rb, Cs – і легкі, і розсіяні елементи; типовий розсіяний елемент Re – в той же час тугоплавкий метал, а типові тугоплавкі метали V і Hf – одночасно розсіяні елементи; Ti належить і до тугоплавким, і до легких металів.

Легкі рідкісні метали мають малу щільністю (від 0,54 г/см³ для Li до 1,87 г/см³ для Cs), хімічно дуже активні. За властивостями і методам отримання вони близькі до легких кольорових металах (Al, Mg, Ca, Na).

Тугоплавкі рідкісні метали відносяться до числа перехідних металів IV, V, VI, і VII груп періодичної системи; в їх атомах відбувається добудова електронами d-рівня. Вони характеризуються високими температурами плавлення (від 1670 °С для Ti до 3410 °С для W), утворення тугоплавких металоподібних з'єднань з низкою неметалів (карбідів, нітридів, силіцидів, боридів, беріллідов).

Розсіяні рідкісні метали здебільшого знаходяться у формі ізоморфної домішки в мінералах інших елементів і витягуються попутно з відходів металургійного та хімічного виробництва; наприклад, Ga – у виробництві окису Al₂О₃ (глинозему), In – з відходів виробництва Zn і Рb.

Рідкоземельні метали характеризуються великою близькістю хімічних властивостей. В рудній сировині ці метали супроводжують один одного і розділити їх – завдання досить складне. Для поділу використовують метод екстракції органічними розчинниками і іонообмінні процеси.

Радіоактивні метали. У цій групі об'єднані радіоактивні елементи, що зустрічаються в природі (Fr, Ra, Po, Ac, Th, Pa, U) і штучно отримані (Tc, Np, Pu і ін.) Найбільш важливе практичне значення з цих елементів мають уран і плутоній (у виробництві ядерної енергії).

Властивості і застосування рідкісних металів

Властивості рідкісних металів зручно представити у вигляді таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 – Фізичні властивості рідкісних металів

Елемент	Символ		Поряд- ковий номер	Атомна вага	ρ, г/м^3	Тпл, °С		Ткип, °С			Питома теплоємність, кал/г -град
Берилій	Ве		4	9,0122	1,845	1284		2507			0,425 (20°)
Бор	В		5	10,811	2,34	2300		2550			0,307 (25°)
Вісмут	Bi		83	208,980	9,8	271,3		1627			0,0294 (20°)
Гадоліній	Gd		64	157,25	7,895	1312		3000			0,0713 (0°)
Галій	Ga		31	69,72	5,907	29,75		1983			0,0977 (29°)
Гафній	Hf		72	178,49	13,29	2150		5400		0,0352 (20°)
Германій	Ge		32	72,59	5,32	936		2700			0,086 (25°)
Гольмій	Ho		67	164,930	8,803	1461		2600			0,0391 (0е)
Диспрозій	Dy		66	162,50	8,536	1407		2600			0,0413 (0°)
Европій	Eu		63	151,96	5,259	826		1439			0,0395 (0е)
Золото	Au		79	196,967	19,32	1063		2966			0,0312 (18°)
Індій	In		49	114,82	7,31	156,6		2075			0,058 (20°)
Іридій	Ir		77	192,2	22,42	2410		5300			0,032 (20°)
Ітербій	Yb		70	173,04	6,977	824		1427			0,0347 (0°)
Ітрій	Y		39	68,905	4,472	1509		3200			0,074 (50°)
Кадмій	Cd		48	112,40	в,65	320,9		767			0,055 (28в)
Кобальт	Со		27	58,933	8,90	1493		3100			0,1056 (20°)
Лантан	La		57	138,91	6,174	920		3469			0,048 (20°)
Літій	Li		3	6,939	0,534	179		1317			0,784 (0°)
Лютецій	Lu		71	174,97	9,842	1652		3327			0,0368 (0°)
Молибден	Mo		42	95,94	10,22	2610		5560			0,066 (0°)
Мыш’як	As		33	74,9216	5,727	814		615			0,078
Натрій	Na		11	22,9898	0,97	97,9		883			0,295 (20°)
Неодим	Nd		60	144,24	7,004	1024		3027			0,0499 (0°)
Ніобій	Nb		41	92,906	8,57	2468		1782			0,0642 (20°)
Осмій	Os		76	190,2	22,50	3000		790			0,039 (20°)
Паладій	Pd		46	106,4	12,02	1552		88,3			0,0584 (20°)
Платина	Pt		78	195,09	21,40	1769		625			0,0314
Плутоній	Pu		94	242	19,84	639,5		3235			0,034 (20°)
Празеодим	Pr		59	140,90	6,782	935		3127			0,0458 (0°)
Прометій	Pm		61	147	-	1035		2730			-
Реній	Re		75	186,2	21,02	3180		5900			0,03262
Родій	Rh		45	102,905	12,44	1960		4500			0,059 (20°)
Ртуть	Hg		80	200,59	13,55	-38.87		357			0,03325
Рубідій	Rb		37	85,47	1.53	38.5		688			0,080 (0°)
Рутеиій	Ru		44	101,07	12,4	2230		4900			0.057 (20°)
Самарій	Sm		62	150,35	7,536	1072		1900			0,0431(20°)
Свинець		РЬ	82	207,19	11,34	327,4	1737		0,031 (20°)
Селен		Se	34	78,96	4,79	217	685		0,081 (20°)
Срібло		Ag	47	107,87	10,49	960,5	2212		0,056 (20°)
Скандій		Sc	21	44,956	2,99	1539	2727		0,1332
Стронцій		Sr	38	87,62	2,6	770	1380		0,176(20°)
Сурма		Sb	51	121,75	6,68	630,5	1440		0,0504 (20')
Талій		Tl	81	204,37	11,85	303	1457		0,031 (20°)
Тантал		Та	73	180,948	16,6	2996	6100		0,034 (0°)
Телур		Те	52	127,6	6,25	449,5	990		0,047 (20°)
Тербій		Tb	65	158,92	8,272	1356	2800		0,041
Торій		Th	90	232,038	11,66	1750	4200		0,0282
Тулій		Tu	69	168,934	9,332	1545	1727		0,0381 (0°)
Уран		U	92	238,03	19,07	1132	3813		0,028
Цезій		Cs	55	132,905	1,873	28,5	705		0,052
Ербій		Еr	68	167,26	9,051	1497	2900		0,0398 (0°)

Таблиця розкриває багато цікавих взаємозв'язків. Наприклад, свинець ми завжди розглядаємо як важкий метал, тоді як насправді він розташовується в середині таблиці. Проте свинець – один з найбільш важких металів серед поширених і добре відомих металів, якщо не вважати ртуті і золота. Всі метали, які важче свинцю, за винятком ртуті, незвичайні по своїх властивостях. Щільності давно відомих і широко застосовуваних людиною металів лежать в межах 6 – 11г/см³.

Найцікавішою для багатьох металів є область їх існування в рідкому стані. Ця область для олова є однією з найбільш широких, але вона ще більш широка у таких матеріалів,що діляться, як уран, плутоній і торій; у рідкоземельних металів-церію, лантану і празеодима; в металів платинової групи-паладію, платини, родію, рутенію, осмію, іридію; у таких тугоплавких металів, як гафній, молібден, тантал, реній і вольфрам. З усіх елементів найширшої областю існування в рідкому стані має гафній (3250 °).

Області застосування рідкісних елементів і їх сполук різноманітні. Ці речовини входять до складу легких, жароміцних, морозостійких, надтвердих, магнітних, корозійностійких сплавів і конструкційних матеріалів, напівпровідників, сегнетоелектриків, надпровідників, склокераміки, матеріалів для оптичних квантових генераторів.