レアアース元素が現代のテクノロジーをどのように可能にするか

フランク・ハーバートのスペースオペラ「デューンズ」では、「スパイス混合物」と呼ばれる貴重な天然物質が人々に広大な宇宙をナビゲートして星間文明を確立する能力を与えます。地球上の実際の生活では、レアアース元素と呼ばれる天然金属のグループが現代の技術を可能にしました。ほとんどすべての現代の電子製品のこれらの主要コンポーネントの需要は急激に増加しています。

レアアース何千もの異なるニーズに対応します。たとえば、セリウムは石油精製の触媒として使用されますが、ガドリニウム原子炉内に中性子を閉じ込めます。しかし、これらの元素の最も顕著な能力は、その発光と磁気にあります。

私たちはスマートフォンの画面に色を付けたり、ユーロ紙幣の真贋を示すために蛍光を使用したり、光ファイバーケーブルを介して海底で信号を転送したりするためにレアアースを利用しています。これらは、世界で最も強力で信頼性の高い磁石を製造するためにも必要です。これらはヘッドフォンで音波を生成し、宇宙のデジタル情報を強化し、熱探査ミサイルの軌道を変更します。レアアースは、風力発電や電気自動車などのグリーンテクノロジーの開発も促進しており、量子コンピューターの新しいコンポーネントを生み出す可能性もあります。合成化学者で独立コンサルタントのスティーブン・ボイド氏は次のように述べています。彼らはどこにでもいます

レアアースとは、ランタニドルテチウムおよびランタンとランタンの間の 14 個の元素を指します。イットリウム、同じ鉱床でよく発生し、ランタニドと同様の化学的性質を持っています。これらの灰色から銀色の金属は通常、可塑性があり、融点と沸点が高くなります。彼らの秘密の強さは電子にあります。すべての原子には電子に囲まれた原子核があり、電子は軌道と呼ばれる領域に存在します。原子核から最も遠い軌道にある電子は価電子であり、化学反応に参加し、他の原子と結合を形成します。

ほとんどのランタニドには、「f電子」と呼ばれる別の重要な電子グループがあり、価電子に近いが原子核にわずかに近いゴールデンゾーンに存在します。ネバダ大学リノ校の無機化学者アナ・デ・ベッテンコート・ディアス氏は、「希土類元素の磁気特性や発光特性を引き起こすのはこれらのf電子だ」と述べた。

レアアースは 17 個の元素のグループです (周期表では青で示されています)。希土類元素のサブセットはランタニドと呼ばれます （ルテチウム、Lu、および先頭の行ランタン、ラ）。各元素には通常 f 電子を含む殻が含まれており、これによりこれらの元素は磁性と発光特性を持ちます。