العناصر الأرضية النادرة، وهي مجموعة مكونة من 17 معدنًا، متوفرة بكثرة نسبيًا في قشرة الأرض ولكن استخراجها صعب للغاية.
النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي يصعب استخراجها للغاية. الصورة: RHJ/Getty
تتميز العناصر الأرضية النادرة بخصائص مفيدة عديدة تجعلها شائعة الاستخدام في صناعات الطاقة والتكنولوجيا. تتكون هذه المجموعة من 17 معدنًا، بما في ذلك العناصر المعدنية الخمسة عشر الموجودة في أسفل الجدول الدوري، بالإضافة إلى عنصري الإيتريوم والسكانديوم.
من أثمن هذه العناصر: النيوديميوم، والبراسيوديميوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم، وهي عناصر تُعدّ مغناطيسات دقيقة قوية، وتُعدّ مكونًا أساسيًا في الأجهزة الإلكترونية كالهواتف الذكية، وبطاريات السيارات الكهربائية، وتوربينات الرياح. إلا أن محدودية إمدادات العناصر الأرضية النادرة تُشكّل مصدر قلق كبير للشركات والحكومات التي تُنتج هذه الضروريات الحديثة.
المعادن الأرضية النادرة ليست نادرة في الواقع. فوفقًا لدراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) حول الوفرة البلورية للعناصر المختلفة (مدى وفرتها في المتوسط في قشرة الأرض)، فإن معظم المعادن الأرضية النادرة توجد بكمية تقارب كمية المعادن الشائعة كالنحاس والزنك. يقول آرون نوبل، الأستاذ في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا: "إنها بالتأكيد ليست نادرة كمعادن كالفضة والذهب والبلاتين".
لكن استخراجها من مصادرها الطبيعية صعبٌ للغاية. يقول بول زيمكيفيتش، مدير معهد أبحاث المياه في ولاية فرجينيا الغربية: "تكمن المشكلة في أنها ليست مُركّزة في مكان واحد. يوجد حوالي 300 مليغرام من العناصر الأرضية النادرة في كل كيلوغرام من الصخر الزيتي في جميع أنحاء الولايات المتحدة".
عادةً ما تتراكم المعادن في قشرة الأرض نتيجةً لعمليات جيولوجية متنوعة، مثل تدفقات الحمم البركانية، والنشاط الحراري المائي، وتكوين الجبال. إلا أن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تجعلها لا تتراكم عادةً معًا في ظل هذه الظروف الخاصة. وتنتشر آثار هذه العناصر في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل استخلاصها غير فعال.
في بعض الأحيان، قد تؤدي البيئات الحمضية تحت الأرض إلى زيادة مستويات العناصر الأرضية النادرة قليلاً في مواقع معينة، ولكن العثور على هذه المواقع هو مجرد التحدي الأول.
في الطبيعة، توجد المعادن على شكل خلائط تُسمى الخامات، وتحتوي على جزيئات معدنية مرتبطة بغيرها من اللافلزات (الأيونات المضادة) بروابط أيونية قوية. للحصول على معادن نقية، يتعين كسر هذه الروابط وإزالة اللافلزات. تعتمد صعوبة العمل على نوع المعدن واللافلز المتصل به.
يأتي خام النحاس عادةً على شكل كبريتيدات (مواد كيميائية مصنوعة من الكبريت وعناصر أخرى). يُسخّن الخام إلى درجة تتسرب فيها الكبريتيدات على شكل غاز، ويسقط النحاس النقي في قاع المفاعل. إنها عملية استخلاص سهلة للغاية. تتطلب بعض الأنواع الأخرى، مثل أكسيد الحديد، إضافات لاستخراج المعدن. لكن فصل المعادن النادرة أكثر تعقيدًا بكثير، كما يوضح زيمكيفيتش.
المعادن الأرضية النادرة لها ثلاث شحنات موجبة، وتُكوّن روابط أيونية قوية للغاية مع أيونات الفوسفات المضادة، التي يحمل كل منها ثلاث شحنات سالبة. لذلك، يجب أن تتغلب عملية الاستخلاص على الرابطة القوية للغاية بين المعدن الموجب والفوسفات السالب.
خامات المعادن النادرة معادن مستقرة كيميائيًا للغاية، ويتطلب تفكيكها طاقةً وقوةً كيميائيةً كبيرتين. عادةً، تتطلب هذه العملية درجة حموضة منخفضة للغاية، وظروفًا قاسية، ودرجات حرارة عالية جدًا، لأن الروابط في الخامات قوية للغاية، كما قال نوبل.
إن صعوبة عزل العناصر النقية هي ما أكسبها اسم "العناصر الأرضية النادرة". ويعمل بعض الخبراء على تطوير أساليب جديدة لإعادة تدوير هذه المعادن القيّمة واستخراجها من النفايات الصناعية والإلكترونيات القديمة لتخفيف الضغط على الموارد المتاحة. كما يسعون إلى إعادة إنتاج الخصائص المغناطيسية والإلكترونية الفريدة للعناصر الأرضية النادرة في مركبات جديدة، على أمل أن تصبح هذه العناصر بدائل متاحة بسهولة أكبر. ومع ذلك، لا توجد حاليًا بدائل مجدية للعناصر الأرضية النادرة، على الرغم من تزايد الطلب عليها.
ثو ثاو (وفقًا لموقع لايف ساينس )
[إعلان 2]
رابط المصدر
تعليق (0)