تضم أنواع المعادن النادرة (REE) 17 عنصرًا كيميائيًا، تشمل مجموعة اللانثانيدات، بالإضافة إلى السكانديوم والإيتريوم، وتتميز هذه المعادن بخصائصها الفريدة التي تجعلها ضرورية في العديد من الصناعات، خاصة في الأجهزة عالية التقنية.
ووفقًا لتعريف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، فإن المعادن النادرة تلعب دورًا محوريًا في تحسين أداء التقنيات الحديثة، مما يجعلها من الموارد الاستراتيجية في مجالات متعددة مثل الإلكترونيات، الطاقة المتجددة، وصناعة الدفاع.
أُطلق مصطلح “نادرة” على هذه العناصر بسبب قلة الأماكن التي كانت تُستخرج منها سابقًا، إلا أنه في الوقت الحالي، وباستثناء البروميثيوم غير المستقر، تُوجد هذه العناصر بتركيزات مرتفعة نسبيًا في القشرة الأرضية، ويعد السيريوم من بين أكثر العناصر وفرة، حيث يحتل المرتبة 25 ضمن العناصر الأكثر تواجدًا في القشرة الأرضية بتركيز يبلغ 68 جزءًا من المليون.. في هذا المقال، سنتناول أبرز المعادن النادرة الأرضية و خواصها الكيميائية
أنواع المعادن النادرة.. عناصر جيولوجية غنية وموارد صناعية حيوية
تمتلك مجموعة المعادن النادرة أو أبرز أنواع المعادن النادرة عددًا من الخصائص المتشابهة، حيث توجد معًا في كثير من الأحيان ضمن الرواسب الجيولوجية، و قد يشار إليها أيضًا باسم “أكاسيد الأرض النادرة” و ذلك بسبب بيع عدد منها كمركبات أكاسيد، و يطلق عليها أيضًا اللانثانيدات، تتكون هذه المجموعة من 17 معدنًا، تُعد جميعها من المعادن الثقيلة و الناعمة و ذات لون أبيض فضي، يُشار إلى المجموعة بمصطلح “المعادن النادرة” و هو وصف خاطئ، حيث إن هذه المعادن وفيرة في القشرة الأرضية، لكنها توجد بين عددٍ من العناصر الأخرى، وجودها منفردة يُعد أمرًا نادر الحدوث، إلا ضمن بعض الرواسب الكبيرة المركزة.
تصنيف أنواع المعادن النادرة
تُعتبر المعادن النادرة مجموعة من العناصر الكيميائية التي تشمل اللانثانيدات إضافة إلى بعض العناصر الأخرى مثل السيريوم، و الديسبروسيوم، و النيوديميوم، واليورانيوم، و رغم أن هذه المعادن ليست نادرة في القشرة الأرضية، فإن وجودها بكميات ضئيلة في أماكن محددة يجعل استخراجها صعبًا ومكلفًا و تعد هذه المعادن أساسية في العديد من التطبيقات التكنولوجية المتقدمة.
اللانثينيدات هي سلسلة من 15 عنصر أرضي نادر تبدأ من سيريوم إلى لوتيتيوم في الجدول الدوري، بالأرقام الذرية من 58 إلى 71 ، و بعض العلماء يضيف إليهم عنصر لانثانوم 57 الذي يسبقهم في الجدول الدوري و ترجع تسمية سلسلة اللانثانيدات إلى عنصر اللانثانوم رغم أنه لا يوجد فيها (طبقا لبعض العلماء) و تلي سلسة اللانثينيدات سلسة الأكتينيدات.
و تتكون سلسلة اللانثينيدات من سلسلة عناصر متتالية يكون فيها المدار f ممتلئا جزئيا أو كليا بالإلكترونات، بينما تكون المدارات الخارجية p وd فارغة و حيث ان المدار f ليس نشيطا كيميائيا مثل المدارات s وd وp ، فإن عناصر سلسلة اللانثينيدات تكون متشابهة كيميائيا، و يتم وضع سلسة اللانثينيدات تحت الجدول الدوري كما لو كانت تذييل له، بينما يوضح الجدول الدوري الطويل المكان الفعلى لمجموعة اللانثينيدات.
أبرز أنواع المعادن النادرة
- الليثيوم هو عنصر كيميائي رمزه Li وعدده الذري 3 و يقع الليثيوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثانية و في المجموعة الأولى كأوّل الفلزّات القلويّة، و الليثيوم النقي هو فلزّ ذو لون أبيض فضّي، و هو ليّن وخفيف.
- اليورانيوم و هو عنصر كيميائي يرمز له بحرف U وعدده الذري رقم 92 و هو فلز لونه أبيض يميل إلى الفضي يقع ضمن سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري، و تبدو القطعة الصافية منه قريبة من معدن الفضة أو الفولاذ و لكنها ثقيلة جداً نسبة إلى حجمها.
- التيتانيوم عنصرٌ كيميائي رمزه Ti و عدده الذرّي 22، وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d و يقع على رأس عناصر المجموعة الرابعة في الجدول الدوري؛ وهو من الفلزّات الانتقالية، التيتانيوم فلزٌّ ذو لون فضّي لامع، وهو خفيف ومتين ومقاوم للتآكل حتّى في الظروف القاسية.
- الجرافيت هو معدن متوافر بشكل طبيعي بكثرة وهو أحد أشكال الكربون المتآصلة وذلك بالإضافة إلى الألماس والفوليرين والغرافيت موصل للكهرباء ويمكن استخدامه على سبيل المثال في أقطاب الأقواس الكهربائية.
- البيريليوم هو عنصر كيميائي رمزه Be و عدده الذرّي 4 ويقع البيريليوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثانية، وفي المجموعة الثانية على رأس الفلزّات القلويّة الترابيّة، و هو عنصر ثنائي التكافؤ و سام.
الخواص الكيميائية لأبرز أنواع المعادن النادرة
نظرا لتشابه بنية غلاف إلكترونات التكافؤ لتلك العناصر فتتصرف اللانثانيدات كيميائيًا مثل عناصر المجموعة الثالثة في الجدول الدوري سكانديوم و إيتربيوم و تكون معهما مجموعة العناصر الأرضية النادرة، و تلك العناصر تتأكسد سريعا، و تتفاعل إلى حد ما مع الماء منتجة غاز الهيدروجين.
بدءا من السيريوم يمتلئ المدار 4f رويدا رويدا حتى نصل إلى اللوتيتيوم الذي يتم امتلاؤه ب 14 من الإلكترونات، و نظراً لكون المدارات 4f تكون موجودة تحتية في الذرة فهي تكون – بعكس إلكترونات المدار d – غير مشاركة في النشاط الكيميائي، و تتشابه جميع اللانثانيدات في خواصها الكيميائية، و تتميز جميعها عدد أكسدة +3، كما تظهر لبعضها اعداد أكسدة +2 و +4.
تتبلور اللانثانيدات (ما عدا السيريوم و السماريوم و الأوروبيوم و الإيتربيوم) في النظام البلوري السداسي ،و هي فلزات براقة تشبه الفضة، مرنة، و تتفاعل كيميائيا و تقل الصلادة بتزايد العدد الذري.
تنتمي الانثانيدات مثلما تنتمي الأكتينيدات لمجموعة العناصر الانتقالية الداخلية أو بمعنى آخر إلى عناصر المجموعة f ، حيث تكون المدارات f في تلك السلسلة غير مكتملة بالإلكترونات.
و بشكل عام فإن معرفة أنواع المعادن النادرة عنصر أساسي في المستقبل التكنولوجي و الاقتصادي، من الصناعات الإلكترونية إلى الطاقة المتجددة، تعد هذه المعادن محورية في بناء عالم أكثر تقدمًا، و مع تزايد الطلب عليها، يجب على الدول والشركات التكيف مع التحديات التي قد تطرأ في عملية استخراج هذه المعادن، مع ضمان استدامتها للأجيال القادمة.
فيديو .. أبرز أنواع المعادن النادرة
المراجع
- ما هي المعادن النادرة وما أنواعها؟ – مركز المعلومات و دعم اتخاذ القرار بمجلس الوزراء المصري
- أنواع المعادن النادرة – المركز الليبي للدراسات الاستراتيجية
