Rare Earth

Rare Earth Elements.
            Rare Earth Metal

レアアースは、「希土類」とも呼ばれ、原子番号57番のランタンから原子番号71番のルテシウムまでの15元素のグループ(ランタノイド)に、原子番号21番のスカンジウムと原子番号39番のイットリウムを加えた17元素の総称をいう。これらの金属元素の一部(イットリウムとトリウムを主成分とする希元素鉱物のイットリア)が、1794年にフィンランドのJ.Gadolinによってスウェーデンで発見され、それまでに知られていた一般の土類と同類であるが稀少なため、レアアース(希土)と名付けられた。希土そのものは、天然の状態ではほとんど酸化している酸化化合物であり酸化レアアースが地中に存在している。このように鉱物学において、金属元素が酸素と結合している鉱物を酸化鉱物(さんかこうぶつ)といい化合物自体は1000万種を超える。 もっとも代表的な身近な鉄を例に考えると鉄鋼酸化物がMagnetite(磁鉄鉱マグネタイト)が挙げられる。マグネタイトFeは酸素Oと結合してFe3O4として存在する。鉄鉱石は不純物を取り除き純鉄に近いものとして利用できる。鉄そのものは磁性体である磁石と引き合う性質が知られるが、現実には純度100%のものを創ると磁石は付かず数段強度が高まることが知られている。このように全ての物質がMixed metalsミックスメタル(ドイツ語ではMischmetallミッシュメタルいわゆる混合物)でありレアアース自体もこの例外ではない。しかも、鉱石から不純物を採り除くことが技術的に難しいため、特に天然の状態で高純度で存在するものを「Rare=まれ」なものとして扱われている。 以上のことをレアアースについて簡単に述べると、『天然で存在する酸化した一部の高純度金属』は金や銀より価値がありレアアースと呼ばれる。

レアアースの種類 
名称と原子番号
 第3族元素(21元素から103元素)の第4周期(21元素から38元素)の内の2つ
  Scandium 21元素のScスカンジウム 
  Yttrium 39元素のYイットリウム   
                       高屈折率の光学ガラス,赤蛍光体(テレビ、蛍光灯、LED)、レーザー、コンデンサ
                        YBa2Cu3O7(Y系超伝導体)は高温超伝導である。

ランタノイド系:第3族元素の第6周期(57元素から71元素)の内の15個。
  Lanthanum 57元素のLaランタン   高屈折率の光学ガラス、コンデンサ、水素吸蔵合金
  Cerium 58元素のCeセリウム    蛍光体、液晶ガラス基板研磨剤
  Praseodymium 59元素のPrプラセオジム  レーザー
  Neodymium 60元素のNdネオジム  
             主用途として磁石・磁性体材料に使われる。レーザー、コンデンサ、超電導材料、
     超強力磁石(モーター、バイブレータ)で特にハイブリッドカーや電気自動車用の、
     高出力モーターの磁石.
  Promethium 61元素のPmプロメチウム
  Samarium 62元素のSmサマリウム   主な用途は磁石・磁性体材料、
                    超強力磁石(モーター、バイブレータ)
  Europium 63元素のEuユウロピウム  緑蛍光体
  Gadolinium 64元素のGdガドリニウム  磁石・磁性体材料
  Terbium 65元素のTbテルビウム   
                                             光磁気ディスク(DVD、CD、Blu-ray Disc、MO)、緑蛍光体、        
                                              イオン吸着鉱が中国でしか産出しない。
  Dysprosium 66元素のDyジスプロシウム 磁石・磁性体材料、
                                                   光磁気ディスク(DVD、CD、Blu-ray Disc、MO)
                  超強力磁石(モーター、バイブレータ)で,
                                                  特にハイブリッドカーや電気自動車用の高出力モーターの磁石
                  イオン吸着鉱が中国でしか産出しない。
  Holmium 67元素のHoホルミウム   レーザー
  Erbium 68元素のErエルビウム   光ファイバ増幅器、レーザー
  Thulium 69元素のTmツリウム    光ファイバ増幅器、レーザー、
  Ytterbium 70元素のYbイッテルビウム レーザー

■産出国は、アメリカ合衆国のカリフォルニア州が激減し中国が急増しており、中国(内モンゴル)が世界の産出量(12.4万t、2009年推定)の97%以上を占めている。白雲鉱区と言われ世界最大の希土類元素鉱床・バイヤンオボ鉱床がある、中国内蒙古自治区包頭市の市轄区となっている。 このため中国政府が輸出制限をかけたため新たな入手ルート開拓や代替え鉱物資源の模索に翻弄された。今後の候補地としては、アメリカ(Mountain Pass)、カザフスタン、ベトナム、オーストラリア、南アフリカ、カナダ(Thor Lake and Hoidas Lake)、グリーンランド、オーストラりアなどがあり、日本でも火力発電所からでる石炭灰や石油灰およべ海底鉱物が模索されている。
■原子質量とは
 相対原子質量(そうたいげんししつりょう)は簡略化して原子量(げんしりょう)と呼ばれ元素の原子の質量(重さ)を表わしている。
 BIPM(国際度量衡局)により記号Da(ドルトンと読む、イギリスの物理学者John Daltonジョン・ドルトンに由来)で表わされることを定め、このDaがUnified Atomic Mass Unit(統一原子質量単位、とういつげんししつりょうたんい)として使用されてる国際単位だが不確実性を伴う準SI単位という位置づけである。実際によく使われるのがmolだが、単位は mol−1である1mol(モル)にアボガドロ定数をかけるとg単位の重量が出てくる。Avogadro constant(アボガドロ定数は、イタリア出身の化学者、アメデオ・アヴォガドロにちなんで名付けられている。現在のところは、定数NA = 6.02214179(30) × 10の23乗 mol−1 である)
  1molを考える場合に大切なことはミクロ世界の全体構造です。すべての物質を分解してみると、どんなものも陽子と中性子がくっついて原子の中心に原子核をつくっていて、その原子核のまわりをElectron(電子はE)がくるくる回っています。この原子核構造とは、もしも原子核がテニスボールぐらいだとすると軌道電子が5kmも離れた先で動いています。この直径10km範囲が原子核部分にあたる部分です。また、数値の大きな重元素・超重元素のように原子番号が大きくなるに従い 原子核近傍の電子が光速に近づき, 電子の重さが無限に近づくことにより, 軌道収縮が起こるとされている。しかし現実には電子顕微鏡でも見えない世界なので、とにかく陽子と中性子と電子の3姉妹が原子だと思ってください。 もしこの原子一家が崩壊するとBeta Decay(β崩壊・ベータ崩壊、Radioactive Decay放射性崩壊で呼び名はいろいろだが要は原子核崩壊のこと)が起きる。   
1.ベータ版では、β-崩壊というマイナス電子が1個減るパターンとβ+崩壊というプラス電子が減る場合や、中には2個移動するDobulesダブルスで減る場合もある。ウラン238Uは、構造が23/92Uであり、234/90Thとヘリウム2個である4/2He2+に分裂を起こすがこの4Heが+αに相当する部分として、238U→234Th+αと簡略表記され、電磁気力が放出される。天然で最も重い元素はウランである。
2.アルファ版では、Alpha Decay(アルファ崩壊)という陽子2個と中性子2個の 合計4個が減るパターンがある。            例:226Ra→222Rn
3.よく知られるウラン235Uに中性子を衝突させると、モリブデン95Moとランタン139Laに分裂し、恐ろしい放射線エネルギーが放出される。この現象は生成過程において、元素合成(げんそごうせい、Nucleosynthesis)とも呼ばれる。  これらはいずれも家庭崩壊や家族崩壊より怖い存在だ。またこのように同じ元素番号の92Uウラン同士でも質量が234、235と238が存在していることもわかる。このようにウランなど中性子の数がことなるものを同位元素という。原子の重さは陽子の数(Z)と中性子の数(N)の和で決まります。一番軽い水素は陽子だけの単体です。そして次の原子番号2であるへリュウムHeの原子核は、2個の陽子と2個の中性子から成り立っているため原子量が4となっている。  そして1モルには原子が6.0×10の23乗個入っているとされる。そして気体の場合は、実験データに基づいて一定の条件下では、すべての気体1molは体積22.4Lになることが分かっている。この一定条件とは、気温0℃で気圧が1013hPa(1013ヘクトパスカル、1atm)の時に体積が同じものとされ、Paパスカルは1㎡面あたりの垂直荷重1N(ニュートン)の力1hで表わされる気圧単位。1haは10の2乗である100倍を表わすので101300paということになります。

  例えば酸素O2が22.4Lありその重さが32gだったとすると、1molをグラムg換算あすると
        32 g÷ 22.4 l=1.4285714≒1.43 g/Lだとわかります。
        これは密度を表わし、元素記号の番号が増えるほど重くなります。
        酸素は1リットルで1.43gですが、因みに水素H2は軽いので1molで2gしかなく、密度は約0.09g/Lです。

  例えば1molで32gである重さの酸素一分子の重さを知りたい場合には、アボガドロ定数を使うと
       32g÷(6.0×10の23乗個)=5.33…*10^(-23)gだとわかります。
       同様に1molで2gである重さの水素一分子の重さを知りたい場合には、アボガドロ法則を再度使えば、
      2g÷(6.0221*10^23個)=0.3321*10^(-23)になりますが、小数点を直すと1.3321*10^(-26)になります。
           これは容積は立方体なので-0.1×-0.1×-0.1は-0.001と1/1000という1000分の1になるので、
          マイナス符号も3桁ずれて-23-3=-26になりカッコ内もマイナス26に直します。

  例えば8gの水素H2があり1molで2gの質量と分かっている場合に、水素容積は何Lでしょうか?
    気体1molあたり22.4Lを思い出して、水素1gあたりの重さを計算すると
           22.4L÷2g=11.2L/gとわかり、8gあるから、8g×11.2L/g=89.6L
    つまり水素が8gで約89.6Lの容積であることが計算できます。

  また、分子レベルで1molが2gになる水素H2について、Hひとつでは重量が半分になるために、
    原子が6.0×10の23乗個集まって初めて1gであることが分かります。
    水素1個当たりの重量を計算してみると先ほどの
          液体水素の比重は0.071 L/gなので

  例えば二酸化炭素はCo2で表わされるが、元素記号表を見るとそれぞれの物質の元素番号がわかる。
    C=6元素(6C,carbon)、O=8元素(8O,Oxygen )となっている。
                 実際にはそれぞれC2とO2の状態で存在するのでC=12コ、O=16コとして計算される。
    C原子1個とO原子2個がくっついたCO2は、
    C+O×2=12+16×2=44 つまり分子量44で、
    44×6.0×10の23乗=
■気体と異なり鉄・銅・銀・マグネシウムなどの金属、炭素、硫黄などは分子を作らない物質である。
     

: 希少金属(レアメタル) <b>インターナショナル・インフォメーション</b> イン 滋賀県(笑)の検索結果でサーチンイン、
21Scスカンジウム. 39Yイットリウム. 57Laランタンラ ン タ ノ イ ド. 58Ceセリウム. 59Prプラセオジム. 60Ndネオジム. 61Pmプロメチウム. 71Luルテチウム.
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