תפקידם של יסודות אדמה נדירים בזרזים

במהלך חצי המאה האחרונה, נערך מחקר מקיף על ההשפעות הקטליטיות של יסודות נדירים (בעיקר תחמוצות וכלורידים), והתקבלו כמה תוצאות קבועות, שניתן לסכם אותן כך:

1. במבנה האלקטרוני שליסודות אדמה נדירים, אלקטרונים 4f ממוקמים בשכבה הפנימית ומוגנים על ידי אלקטרונים 5s ו-5p, בעוד שסידור האלקטרונים החיצוניים הקובעים את התכונות הכימיות של החומר זהה. לכן, בהשוואה להשפעה הקטליטית של אלמנט המעבר d, אין מאפיין ברור, והפעילות אינה גבוהה כמו זו של אלמנט המעבר d;

2. ברוב התגובות, הפעילות הקטליטית של כל יסוד אדמה נדיר לא משתנה הרבה, עם מקסימום של 12 פעמים, במיוחד עבור h.יסודות אדמה נדיריםשבו אין כמעט שינוי בפעילות. זה שונה לחלוטין מיסוד המעבר d, ופעילותם יכולה לפעמים להיות שונה במספר סדרי גודל; ניתן לחלק את הפעילות הקטליטית של 3 יסודות אדמה נדירים לשני סוגים. סוג אחד מתאים לשינוי מונוטוני במספר האלקטרונים (1-14) באורביטל 4f, כגון הידרוגנציה ודה-הידרוגנציה, והסוג השני מתאים לשינוי תקופתי בסידור האלקטרונים (1-7, 7-14 ) במסלול 4f, כגון חמצון;

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

בעיקרו של דבר, זרזים הם חומרים בעלי פונקציות מיוחדות. לתרכובות של אדמה נדירה יש משמעות חשובה במיוחד בפיתוח וביישום של חומרים כאלה, מכיוון שיש להן מגוון רחב של תכונות קטליטיות, כולל תכונות חימצון-הפחתת ותכונות חומצה-בסיס, והן ידועות רק לעתים נדירות בהיבטים רבים, עם תחומים רבים שיפתחו. ; בחומרים קטליטיים רבים, ליסודות אדמה נדירים יש יכולת החלפה רבה עם אלמנטים אחרים, שיכולים לשמש כמרכיב העיקרי של הזרז, כמו גם רכיב משני או זרז שותף. ניתן להשתמש בתרכובות אדמה נדירות לייצור חומרי זרז בעלי תכונות שונות לתגובות שונות; תרכובות אדמה נדירות, במיוחד תחמוצות, הן בעלות יציבות תרמית וכימית גבוהה יחסית, המספקות אפשרות לשימוש נרחב בחומרי זרז כאלה. לזרזי אדמה נדירים יש ביצועים טובים, סוגים שונים ומגוון רחב של יישומים קטליטיים.

כיום, חומרי זרז אדמה נדירים משמשים בעיקר לפיצוח ורפורמציה של נפט, טיהור פליטת רכב, גומי סינטטי ושדות כימיים אורגניים ואנא-אורגניים רבים.