Исследователи обнаружили новую степень окисления для редкоземельного элемента.
Группа уникальных элементов
Давно загадка периодической таблицы связана с группой уникальных элементов, называемых лантанидами. Также известными как редкоземельные элементы (РЗЭ), эти серебристо-белые металлы сложно выделить из-за их очень похожих химических и физических свойств. Это сходство затрудняет их различение в процессе извлечения и очистки.
Важность лантанидов
Мир стал зависеть от магнитных и оптических свойств лантанидов, которые используются во многих современных технологиях — от медицинской визуализации до ракет и смартфонов. Эти металлы также находятся в дефиците, и поскольку они содержатся в минералах, их добыча и разделение затруднены. Но всё может измениться благодаря открытию, проведённому под руководством Технологического института Джорджии, — открытию новой степени окисления для лантанидного элемента, известного как празеодим.
Новое состояние окисления
Впервые празеодим достиг степени окисления 5+. Окисление происходит, когда вещество вступает в контакт с кислородом или другим окислителем (побурение мякоти разрезанного яблока, а также ржавчина на металле — примеры окисления).
Ещё в 1890-х годах учёные подозревали, что у лантанидов может быть степень окисления 5+, но лантаниды в таком состоянии были слишком нестабильны для наблюдения, — говорит Генри «Пит» Ла Пьер, доцент Школы химии и биохимии Технологического института Джорджии.
Значение открытия
«Открытие новой степени окисления похоже на открытие нового элемента», — отметил Ла Пьер. «Каждая степень окисления элемента имеет свои химические и физические свойства, поэтому первый взгляд на новую степень окисления представляет собой дорожную карту для новых возможностей», — пояснил он.
Результаты исследования
Ла Пьер и его коллеги из Университета Айовы и Вашингтонского государственного университета недавно обнаружили степень окисления 5+ для лантанидов. «Это было предсказано, но никогда не наблюдалось до тех пор, пока мы не нашли это», — сказал Ла Пьер, автор исследования, «Praseodymium in the Formal +5 Oxidation State», недавно опубликованного в журнале Nature Chemistry.
«Свойства лантанидов действительно фантастические. Мы используем их коммерчески только в одной степени окисления — 3+, которая определяет набор магнитных и оптических свойств. Если вы сможете стабилизировать более высокую степень окисления, это может привести к совершенно новым магнитным и оптическим свойствам», — добавил Ла Пьер.
Перспективы исследования
Прорыв исследователей расширит технические применения лантанидов в таких областях, как добыча редкоземельных элементов и квантовые технологии, и может привести к созданию новых архитектур электронных устройств и их применению.
«Исследования лантанидов уже принесли значительные дивиденды для общества с точки зрения технологического развития», — добавил Ла Пьер.
Цели исследователей
Исследователи надеются найти новые инструменты для добычи критически важных РЗЭ, включая улучшение процессов разделения и переработки лантанидов. При добыче этих элементов лантаниды часто смешиваются друг с другом. Процесс разделения является кропотливым и неэффективным, что приводит к образованию значительного количества отходов. Но с ростом глобального спроса на РЗЭ в США возникает проблема с поставками.
Разработка новых методов разделения лантанидов, потенциально с использованием химии окисления, в конечном итоге улучшит поставки этих критически важных элементов.
Предоставлено:
[Технологический институт Джорджии](https://phys.org/partners/georgia-institute-of-technology/)