Редкоземельные элементы

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (РЗЭ, TR — от лат. terra rara * а. rare-earth elements; н. Seltenerden, seltene Erden; ф. elements des terres rares; и. elementos de tierras raras) — химические элементы III группы периодической системы Менделеева: Sc (атомный номер 21), Y(39), La(57) и 14 элементов семейства лантаноидов — Ce(58), Pr (59), Nd(60), Pm(61), Sm(62), Eu(63), Gd(64), Tb(65), Dy(66), Ho(67), Er(68), Tm(69), Yb(70), Lu(71). В геохимии принято Sc рассматривать отдельно от РЗЭ.

Название сложилось исторически в связи с тем, что в 19 веке, когда было открыто большинство РЗЭ, они считались малораспространёнными (что на самом деле неверно), отсюда — "редкие", а "земли" — это старинное название труднорастворимых оксидов, характерных для этих элементов. Первый элемент этой группы (иттрий) открыт в 1794 финским учёным Ю. Гадолином, а последний (прометий) — в 1945 американскими учёными (Дж. Маринский, Л. Гленденин, Ч. Кориелл).

В свободном виде РЗЭ представляют собой типичные металлы. Наиболее характерная степень окисления +3, хотя для некоторых известны и другие степени окисления (+2 и +4). РЗЭ растворимы в минеральных кислотах, довольно легко взаимодействуют с водой, выделяя при этом водород и образуя нерастворимые оксиды. Способны поглощать водород, взаимодействуют с кислородом, при нагревании — с галогенами, углеводородами, серой, бором. Оксиды, фториды, сульфиды РЗЭ — нерастворимые в воде тугоплавкие вещества; галогениды (кроме фторидов), нитраты легко растворимы в воде; фосфаты, оксалаты, карбонаты не растворяются. При нагревании до ~ 900°С карбонаты и оксалаты РЗЭ разлагаются до оксидов.

Содержание РЗЭ в земной коре 2•10^-2 (по массе), причём различные РЗЭ распространены неодинаково: так, например, среднее содержание церия 7•10^-3%, тогда как тулия только 2,7•10^-5%. Для РЗЭ чрезвычайно характерно их совместное нахождение в природных объектах, что обусловлено близостью их химических свойств. Содержание РЗЭ в горных породах и соотношения между отдельными элементами являются важной геохимической характеристикой горных пород, позволяющей устанавливать генетические связи между их отдельными разновидностями. Известно более 70 собственно редкоземельных минералов и около 280 минералов, в которые они входят в качестве примесей. Важнейшими из минералов РЗЭ являются монацит (Ce, La,...) PО₄, ксенотим YPО₄, бастнезит (Ce, La,...) СО₃F. Наличие у некоторых РЗЭ радиоактивных изотопов (¹⁴⁷Sm а ¹⁴³Nd, ¹³⁸La b ¹³⁸Ce, ¹⁷⁶Lu b ¹⁷⁶Hf) обусловило использование их в качестве геохронометров.

Получение РЗЭ из руд производится с помощью различных методов гидрометаллургии, электролиза и металлотермического восстановления. Выделение отдельных РЗЭ проводится методами ионообменной хроматографии.

РЗЭ применяются в технике. В смеси (в виде мишметалла) и в виде отдельных элементов РЗЭ используются в качестве легирующих добавок в различных сталях и сплавах, как геттеры в электронных приборах, для изготовления магнитных материалов и зажигательных смесей, в качестве катализаторов, аккумуляторов водорода, при изготовлении особых сортов стекла, в ядерной технике.