Metale ziem rzadkich, i

ich zastosowanie w

stomatologii.

Piotr Pabiańczyk

Inżynieria Materiałowa

Semestr 3

Grupa 2

Metale ziem rzadkich (ang. rare earth
elements – REE; rare earth minerals – REM) –
nazwa zwyczajowa rodziny 17 pierwiastków
chemicznych, w skład której wchodzi 15
lantanowców

takich

jak:

lantan,

cer,

prazeodym, neodym, promet, samar, europ,
gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb i
lutet oraz skand i itr, które współwystępują w
minerałach zawierających lantanowce i mają
podobne właściwości chemiczne. Stanowią
siódmą

część

wszystkich

pierwiastków

występujących w naturze.

Spotykane są zazwyczaj w formie węglanów,
tlenków, fosforanów i krzemianów. Jako
pierwszy zawierający pierwiastki z tej grupy
(m.in. cer, itr, żelazo, krzem) został odkryty
minerał gadolinit w kopalni w szwedzkim
Ytterby, która to miejscowość dała nazwę
licznym spośród nich.
Obecnie Chiny kontrolują około 97% rynku
metali ziem rzadkich.

Lantanowce - szereg pierwiastków o liczbach
atomowych od 58 do 71 szóstego okresu
układu

okresowego

znajdujące

się

za

lantanem: cer, prazeodym, neodym, promet,
samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm,
erb, tul, iterb i lutet. Dawniej były nazywane
metalami ziem rzadkich, z uwagi na ich
rozproszenie, chociaż ich zawartość w skorupie
ziemskiej nie ustępuje rozpowszechnieniu
miedzi, arsenu, wolframu czy bromu.

Lantanowce są pierwiastkami przejściowymi,
a z wyjątkiem lutetu tworzącego pierwszy
szereg

pierwiastków

wewnętrzno

przejściowych

(tzn.

rozbudowujących

podpowłokę elektronową 4f). Własności
chemiczne tych pierwiastków, oznaczanych
często wspólnym symbolem Ln, są bardzo do
siebie zbliżone, tak że ich rozdzielenie
(występują zawsze razem w przyrodzie)
nastręcza bardzo poważne trudności. Nadto
wykazują

znaczne

podobieństwo

do

pozostałych

skandowców

(skandu,

itru,

lantanu i aktynu) oraz aktynowców.

W atomach metali ziem rzadkich zwanych
lantanowcami, zestawionych w 6 okresie,
podpowłoka 4f jest zapełniana po wypełnieniu
podpowłoki 6s i po wejściu jednego elektronu
do podpowłoki 5d. W przypadku aktynowców
zestawionych w 7 okresie, podpowłoka 5f jest
zapełniana po zapełnieniu podpowłoki 7s i po
wejściu jednego elektronu do podpowłoki 6d.

7

Układ okresowy

pierwiastków

Metale ziem rzadkich, ze względu na swoje
właściwości odgrywają olbrzymią rolę przy produkcji
zaawansowanych technologii – materiały z ich
dodatkiem stają się bardzo wytrzymałe i wytwarzają
silne pole magnetyczne. Zwyczajowo dzieli się je na
dwie grupy: lekkie metale ziem rzadkich i ciężkie
metale ziem rzadkich. Metale te nie występują w
powierzchni ziemi tak rzadko, jak wskazywałaby na
to ich nazwa – znajdują się w większości skał na
świecie.

Jednak,

aby

ich

wydobycie

było

ekonomicznie opłacalne, występować muszą w
znacznej koncentracji. Takich złóż nie ma zaś wiele.

Deficytowość wydobycia tych surowców wynika także
z faktu, że ich eksploatacja wiąże się ze znacznym
zanieczyszczaniem środowiska. Wydobycie metali
ziem rzadkich powoduje bowiem powstawanie
odpadów radioaktywnych, a tym samym konieczność
stosowania

skomplikowanych

procesów

technologicznych. Ograniczony dostęp do REE nie jest
więc efektem ich faktycznej rzadkości w skorupie
ziemskiej,

ale

ograniczeń

ekonomicznych

i

środowiskowych.

Grupę pierwiastków ziem rzadkich tworzą
lantanowce i aktynowce, które znane są
naukowcom od ostatnich dwóch stuleci. Jednak
dopiero po II wojnie światowej, wraz z
rozwojem nowoczesnych technologii, stały się
obiektem zainteresowania nie tylko badaczy,
ale także środowisk powiązanych ze światem
biznesu. Metale te wykorzystuje się obecnie
przy produkcji szeregu nowoczesnych dóbr
przemysłowych i tzw. zielonych technologii.
Znajdziemy

je

w

produktach

użytku

codziennego, od iPhonów, przez laptopy i
monitory

LCD,

po

turbiny

wiatraków,

samochody hybrydowe i panele słoneczne. Ze
względu na ich wyjątkowe właściwości, popyt
na te surowce stale wzrasta.

Odnosząc się jedynie do wybranych metali można
wskazać ich zastosowanie:

• Cer -

wykorzystywany jest do produkcji m.in. katalizatorów

samochodowych czy kuchenek o powłokach samoczyszczących się,

• Itr -

do produkcji świec zapłonowych i czujników tlenu w katalizatorach

samochodowych,

• Lantan -

do akumulatorów aut hybrydowych,

• Skand

- do lamp błyskowych i stopów aluminium używanych przy

produkcji kadłubów samolotów,

•Neodym

- do produkcji silników do aut hybrydowych (w jednym

egzemplarzu Toyoty Prius znajduje się około 15 kg metali ziem

rzadkich) i

elektrycznych, generatorów prądu w elektrowniach wiatrowych, głośników i
mikrofonów oraz sprzętu do krioterapii,

• Dysproz –

twarde dyski komputerowe,

• Erb

– kuchenki mikrofalowe, sprzęt do chirurgii laserowej,

• Europ –

przy produkcji telewizorów LCD,

• Terb

– energooszczędne żarówki,

• Hol

– lasery,

• Tul –

lasery, przenośne urządzenia rentgenowskie,

• Gadolin -

do produkcji zielonego fosforu w ekranach CRT i scyntylatorów

w obrazowaniu rentgenowskim,

• Promet -

do produkcji baterii jądrowych.

Specyficzne właściwości pierwiastków ziem
rzadkich, wykorzystywane w dynamicznie
rozwijających się gałęziach przemysłu, są w
ostatnim czasie mocno podkreślane. W
obliczu dominacji Chin na rynku metali ziem
rzadkich

światowi

inwestorzy

szukają

możliwości uniezależnienia się od rynku
dalekowschodniego.

Międzynarodowa

konferencja naukowa Remat’11, dotycząca
postępów

w

syntezie,

badaniach

i

zastosowaniu metali ziem rzadkich, będzie
okazją do podjęcia debaty nad przyszłością
tych

wyjątkowych

surowców.

Eksperci,

badający ziemie rzadkie, spotkają się we
Wrocławiu w dniach 13-15 czerwca 2011 roku.

Bibliografia:

• L.A. Dobrzański : ”Podstawy nauki o materiałach i
metaloznawstwo”

•

http://pl.wikipedia.org/wiki/Strona_g%C5%82%C3%B3wna

•http://www.naukaigospodarka.pl/index.php?
option=com_content&view=article&id=438%3Aziemie-rzadkie-
ktore-zmieniaja-
swiat&catid=39%3Aartykuly&Itemid=108&lang=pl

•

http://www.focus.pl/newsy/zobacz/publikacje/ziemie-rzadkie-ktore-zmien
iaja-swiat

/

•

http://blogi.ifin24.pl/trystero

/2010/10/18/wszystko-co-chcielibyscie-wiedziec-o-polityce-metali-ziem-
rzadkich

/

•

http://forsal.pl/raport/Metale+Ziem+Rzadkich

•

http://

geopolityka.org/analizy/1745-metale-ziem-rzadkich-nowy-instrument-wpl
ywu-politycznego-chinskiej-republiki-ludowej

•

http://polskirynekmetaliziemrzadkich.pl/index.php