תפקידם של יסודות אדמה נדירים בזרזים

במהלך חצי המאה האחרונה נערך מחקר נרחב על ההשפעות הקטליטיות של יסודות נדירים (בעיקר תחמוצות וכלורידים), וכמה תוצאות קבועות הושגו, שניתן לסכם כדלקמן:

1. במבנה האלקטרוני שליסודות אדמה נדיריםאלקטרונים 4F ממוקמים בשכבה הפנימית ומוגנים על ידי אלקטרונים 5S ו- 5P, ואילו סידור האלקטרונים החיצוניים הקובעים את התכונות הכימיות של החומר זהה. לכן, בהשוואה לאפקט הקטליטי של אלמנט מעבר D, אין מאפיין ברור, והפעילות אינה גבוהה כמו זו של אלמנט המעבר D;

2. ברוב התגובות, הפעילות הקטליטית של כל אלמנט אדמה נדיר אינה משתנה הרבה, עם מקסימום 12 פעמים, במיוחד עבור hיסודות אדמה נדיריםבמקום בו כמעט אין שינוי פעילות. זה שונה לחלוטין מאלמנט המעבר D, ופעילותם יכולה לפעמים להיות שונה בכמה סדרי גודל; ניתן לחלק את הפעילות הקטליטית של 3 יסודות אדמה נדירים לשני סוגים. סוג אחד תואם שינוי מונוטוני במספר האלקטרונים (1-14) במסלול 4F, כגון הידרוגנציה ודה-הידרוגנציה, והסוג האחר תואם שינוי תקופתי בסידור האלקטרונים (1-7, 7-14) ב- 4F מסלול, כגון חמצון;

4. מחקרים רבים הראו כי זרזים תעשייתיים המכילים יסודות אדמה נדירים מכילים לרוב כמות קטנה של יסודות אדמה נדירים, ובדרך כלל משמשים רק כמרכיבים פעילים בזרזים משותפים או בזרזים מעורבים.

בעיקרו של דבר, זרזים הם חומרים עם פונקציות מיוחדות. לתרכובות אדמה נדירות יש משמעות חשובה במיוחד בפיתוח ויישום של חומרים כאלה, מכיוון שיש להם מגוון רחב של תכונות קטליטיות, כולל הפחתת חמצון ותכונות בסיס חומצה, ולעתים נדירות ידועות בהיבטים רבים, עם תחומים רבים שיש לפתח; בחומרים קטליטיים רבים, לאלמנטים נדירים של כדור הארץ יש כיבוי רב עם אלמנטים אחרים, שיכולים לשמש כמרכיב העיקרי של הזרז, כמו גם מרכיב משני או זרז CO. ניתן להשתמש בתרכובות אדמה נדירות לייצור חומרי זרז עם תכונות שונות לתגובות שונות; תרכובות אדמה נדירות, בעיקר תחמוצות, הן בעלות יציבות תרמית וכימית גבוהה יחסית, ומספקות אפשרות לשימוש נרחב בחומרי זרז כאלה. לזרזים נדירים של כדור הארץ יש ביצועים טובים, סוגים שונים ומגוון רחב של יישומים קטליטיים.

נכון לעכשיו, חומרי זרז אדמה נדירים משמשים בעיקר בפיצוח נפט ורפורמה, טיהור פליטה לרכב, גומי סינטטי, ושדות כימיים אורגניים ואורגניים רבים.