science >> Wetenschap >  >> Natuur

Wat zijn zeldzame aardelementen – en wat hebben ze met het milieu te maken?

De elementen van de lanthanidereeks op het periodiek systeem worden beschouwd als zeldzame aardelementen. Zie meer groene wetenschapsfoto's. Steven Taylor/Fotograaf's Choice/Getty Images

Zeldzame aardmetalen krijgen geen respect. Vast aan de onderkant van het periodiek systeem der elementen, en onuitspreekbare namen gegeven als praseodymium en ytterbium, ze hebben lang niet de glamour en populariteit die zuurstof, stikstof, carbon en de andere hitparades wel. verdorie, zelfs zirkonium - gebruikt om de vaak bespotte zirconia-diamantsimulant te maken - doet het beter dan de zeldzame aarden. De ironie van dit alles is dat de meeste mensen dagelijks producten gebruiken die met zeldzame aardmetalen zijn gemaakt. In feite, je zou kunnen zeggen dat we niet zonder hen zouden kunnen leven, zoals ze worden aangetroffen in de meeste hightech-gadgets:mobiele telefoons, computers, iPod's en meer.

En dan, precies, zijn dit dingen? Er zijn 17 zeldzame aardelementen, volgens een algemeen aanvaarde definitie, die allemaal vergelijkbare chemische eigenschappen vertonen:de elementen in de lanthanidereeks -- lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium en lutetium -- plus yttrium en scandium, geclassificeerd als "overgangsmetalen" [bron:Houses of Parliament]. (Echter, sommige wetenschappers kunnen scandium uitsluiten, of zowel scandium als yttrium, uit de zeldzame aarden groepering, afhankelijk van hoe vergelijkbaar ze zijn met de lanthaniden.) Deze elementen, ook wel zeldzame aardmetalen genoemd, werden in 1787 ontdekt door chemicus luitenant Carl Axel Arrhenius, nadat hij een vreemd zwaar zwarte steen in een steengroeve in Ytterby, Zweden, die hij ytterbite noemde [bronnen:Vanderkrogt, Denk Global Green].

Deze metalen zijn niet echt zeldzaam - ze worden overal ter wereld in overvloed gevonden. Mensen beschouwen ze als zeldzaam, Hoewel, omdat ze in kleine stukjes over de hele planeet verspreid zijn, niet geclusterd in aderen, zoals koper. Werkelijk, ze worden gevonden in clusters -- maar met andere zeldzame aarden, niet alleen hun specifieke soort. Dit betekent dat ze geoogst moeten worden, vervolgens gescheiden in elk afzonderlijk element, wat moeilijk en kostbaar is. In feite, toen de elementen voor het eerst werden ontdekt, en wetenschappers wisten nog niet wat ze ermee moesten doen, ze werden samen gedolven als een groep. Deze mengelmoes van elementen werd "mischmetal" genoemd [bron:Popular Mechanics]. Werkelijk.

Al decenia, wetenschappers bogen zich over deze elementen, uiteindelijk hun grote potentieel realiseren. Voor een ding, zeldzame aardmetalen hebben prachtige magnetische en geleidende eigenschappen, waardoor we onze technische apparaten kunnen verkleinen. Denk aan de Sony Walkman uit de jaren 70, het eerste draagbare muziekapparaat? Die compacte speler werd mede mogelijk gemaakt doordat er een kleine, sterke magneet gemaakt van samarium. Vandaag, op samarium gebaseerde magneten zijn vervangen door nog kleinere, sterkere neodymium-varianten - vandaar de verkleinwoordelijke afstammeling van de Walkman, de iPod [bron:Popular Mechanics, Lynas Corp.]. Zeldzame aardmetalen schitteren ook in de verdedigingsarena, waar ze worden gebruikt om alles te maken, van nachtkijkers tot precisiegeleide wapens.

De VS leidden ooit de wereld in de verwerking van zeldzame aardmetalen, maar vandaag behoort dat onderscheid toe aan China, die in de jaren '80 en '90 van overheidssubsidies profiteerden, waardoor ze de internationale markt konden overspoelen met goedkope zeldzame aardmetalen. Naarmate China's eigen behoefte aan hen is gegroeid, echter, ze verkopen niet zoveel aan de rest van de wereld, en er dreigt een tekort. De VS hebben hun voormalige productiefaciliteit opnieuw opgestart, en kan uiteindelijk opnieuw zijn eigen verbruik van zeldzame aardmetalen dekken [bron:National Geographic].

Zeldzame aardmetalen:groen of niet te groen?

Het is geweldig om ons hightech speelgoed te verkleinen door het gebruik van zeldzame aardmetalen, maar ze hebben andere belangrijke toepassingen, vooral met betrekking tot het milieu. De metalen worden gebruikt bij het maken van tal van "groene" items, inclusief hybride auto's, luchtverontreiniging controles, LED-lampen en windturbines.

specifiek, magneten gemaakt van zeldzame aardmetalen worden gebruikt in windturbines en aanverwante artikelen zoals generatoren, ze sterk en krachtig maken, maar toch licht en efficiënt. Oplaadbare batterijen, die alles aandrijven, van kleine e-readers tot de hierboven genoemde zware hybride voertuigen, gebruik deze elementen ook, lanthaan in het bijzonder. Elke Toyota Prius, bijvoorbeeld, draagt ​​10 pond (4,5 kilogram) lanthaan in zijn "nikkelmetaalhydride" -batterij. (Raad eens waar het "metalen" deel van de naam naar verwijst? Lanthaan, natuurlijk [bron:Popular Mechanics].)

Natuurlijk, zeldzame aardmetalen zijn niet perfect. Alle zeldzame aardertsen bevatten uranium en thorium -- radioactieve elementen die afvalproducten worden wanneer ze worden gedolven, en moet zorgvuldig worden verwijderd. Er zijn ook meer chemicaliën nodig om uranium en thorium te scheiden dan om onedele metalen zoals koper, zink en lood, wat niet goed is voor het milieu [bron:Think Global Green].

In China en elders, lakse regelgeving en illegale winning van zeldzame aardmetalen hebben geleid tot vervuild land en water en zelfs tot vergiftigde lokale bewoners, wat duidelijk een groot probleem is [bron:Houses of Parliament]. Het mijnbouwproces kost veel energie, te, en kan degradatie en erosie van de bovengrond veroorzaken. En tenslotte, veel hightech-gadgets gemaakt met zeldzame aardmetalen worden op stortplaatsen gegooid als ze niet langer bruikbaar zijn, en onderzoekers weten nog niet of, overuren, de zeldzame aarden zullen weer vrijkomen in het milieu -- en als dat zo is, wat dat kan betekenen voor onze planeet [bron:Houses of Parliament, Smit].

uiteindelijk, Hoewel, productie van zeldzame aardmetalen blijft toenemen, voorstellen dat, tenminste voor nu, hun ontelbare milieu- en maatschappelijke voordelen wegen zwaarder dan de kosten. Het lijkt er dus op dat deze elementen blijven bestaan ​​- in ieder geval totdat het op één na beste ding wordt ontdekt.

Notitie van de auteur:Wat zijn zeldzame aardelementen, en wat hebben ze met het milieu te maken?

Ik geef het toe:ik haat wetenschap. (ook wiskunde, als je het moet weten.) Dus dit onderwerp boeide me aanvankelijk niet. Tot ik me realiseerde dat het betekende dat ik eindelijk iets wetenschappelijks te bespreken had met mijn oudste dochter, die net is afgestudeerd met een B.S. in de chemie. Mijn dochter was bekend met de zeldzame aardelementen, en hielp me om volledig te begrijpen waar ze allemaal over gaan. Die persoonlijke touch maakte het onderwerp veel interessanter voor mij, en ik hoop dat die interesse tot uiting komt in dit artikel.

gerelateerde artikelen

  • Hoe uraniumwinning werkt
  • 10 ongelooflijke feiten over windenergie
  • Hoe recyclen werkt
  • Ultieme alternatieve energiequiz
  • Hoe het Smart Grid werkt
  • 10 gekke vormen van alternatieve energie

bronnen

  • Chemische elementen. "Periodiek systeem:zeldzame aarde." (2 april, 2012) http://www.chemicalelements.com/groups/rareearth.html
  • Cohen, Dave. "De crisis van zeldzame aardelementen." Energiebulletin. 31 augustus 2010. (3 april, 2012) http://www.energybulletin.net/stories/2010-08-31/rare-earth-elements-crisis
  • Colorado Rare Earths Inc. "Wat zijn zeldzame aarde-elementen?" (5 april, 2012) http://www.coloradorareearth.com/what_are_rare_earths_elements.htm
  • volger, Tim. "Zeldzame aarde-elementen." National Geographic. Juni 2011. (2 april, 2012) http://ngm.nationalgeographic.com/2011/06/rare-earth-elements/folger-text
  • Geologie. "REE - Zeldzame aarde-elementen en hun gebruik." (2 april, 2012) http://geology.com/articles/rare-earth-elements/
  • Huizen van het parlement. "Zeldzame aardmetalen." (5 april, 2012) www.parliament.uk/briefing-papers/POST-PN-368.pdf
  • Koerth-Baker, Maggie. "4 zeldzame aarde-elementen die alleen maar belangrijker zullen worden." Populaire mechanica. (2 april, 2012) http://www.popularmechanics.com/technology/engineering/news/important-rare-earth-elements#slide-1
  • Laskow, Sara. "The Next Great Resource Rush:zeldzame aardmetalen." Goed milieu. 6 juli 2011. (3 april, 2012) http://www.good.is/post/the-next-great-resource-rush-rare-earth-metals/
  • Levkowitz, Lee en Nathan Beauchamp-Mustafaga. "China's zeldzame-aarde-industrie en zijn rol op de internationale markt." 3 november 2010. (2 april, 2012) http://www.uscc.gov/researchpapers/2011/RareEarthsBackgrounderFINAL.pdf
  • Los Alamos Nationaal Laboratorium. "Periodiek systeem der elementen:LANL." (3 april, 2012) http://periodic.lanl.gov/index.shtml
  • Lynas Corp. "iPods en mp3-spelers." (5 april, 2012) http://www.lynascorp.com/application.asp?category_id=1&page_id=7&app_id=7
  • Smit, SC "Vuil, gevaarlijk en destructief - de elementen van een technologische boom." The Guardian. 26 september, 2011. (3 april, 2012) http://www.guardian.co.uk/commentisfree/2011/sep/26/rare-earth-metals-technology-boom
  • Tasman metalen. "Wat zijn zeldzame aarde-elementen?" (2 april, 2012) http://www.tasmanmetals.com/s/RareEarth.asp
  • Denk Global Green. "Zeldzame aardmetalen." (3 april, 2012) http://www.thinkglobalgreen.org/rare-earthmetals.html
  • DenkQuest. "Mediaspelers." (12 april, 2012) http://library.thinkquest.org/08aug/01589/mediaplayers_history.html
  • Vanderkrogt. "Yttrium." (12 april, 2012) http://www.vanderkrogt.net/elements/element.php?sym=Y