Eigenschaften

tradium-seltene-erden-eigenschaften

Seltene Erden sind sich oft sehr ähnlich

Die Seltenen Erden sind silberfarbene, an der Luft leicht anlaufende und relativ weiche Metalle. Sie sind sehr elektropositiv und reaktionsfähig und haben eine geringe Leitfähigkeit. Mit Wasser und verdünnten Säuren reagieren sie unter Wasserstoffbildung. Beim Entzünden an der Luft verbrennen sie zu den  Ln2O3 (im Fall des Cer zu  CeO2), wobei manche der Elemente, wie Terbium und Ytterbium, in fein verteiltem Zustand pyrophor sind. Das heißt, sie entzünden sich selbst. Basizität, Schmelzpunkt und Dichte nehmen von links nach rechts im Periodensystem zu. Ausnahmen bilden Europium und Ytterbium.

Die chemischen Eigenschaften der Seltenen Erden

Die chemischen Eigenschaften der Seltenen Erden sind fast alle identisch. Wie kann man sie unterscheiden? Sie haben natürlich leicht unterschiedliche Gewichte. Was aber wichtiger ist, einige unter ihnen haben interessante Eigenschaften, die auf den Unterschieden ihrer 4f-Elektronen basieren. Gadolinium zum Beispiel ist das einzige Seltenerdelement das ferromagnetisch ist – d. h. es klebt an Magneten wie Eisen. Lanthan ist der einzige Supraleiter unter ihnen.

Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerdmetalle macht ihre Trennung aufwändig und kostspielig. Oft genügt es, preiswertes Mischmetall einzusetzen. Es ist eine Mischung aus Seltenerdmetallen, die bei der Aufbereitung von Seltenerderzen, zum Beispiel Monazit anfällt.

Die physikalischen Eigenschaften der Seltenen Erden

Seltene Erden haben besondere spektroskopische Eigenschaften. Sie weisen im Festkörper – anders als etwa bei Halbleitern – ein diskretes Energiespektrum auf. Grund: die besondere Struktur der Elektronenhülle. Optische Übergänge finden innerhalb der 4f-Schale statt, welche durch die größeren besetzten 5s-, 5p- und 6s-Schalen nach außen hin abgeschirmt ist. Eine Bandstruktur kann sich aufgrund dieser Abschirmung für die f-Orbitale nicht ausbilden. Die Absorptionslinien sind, aufgrund der für die einzelnen Ionen der Elemente unterschiedlichen elektronischen Umgebung im Kristall ausgesetzt. Die inhomogene Linienbreite reicht, je nach Kristall, von einigen hundert bis zu etwa zehn Gigahertz.

Die Verwendung von Seltenen Erden

„Der Nahe Osten hat sein Öl, wir haben die Seltenen Erden.“ Dieses Zitat von Deng Xiaoping* bringt auf den Punkt, wie wichtig und unverzichtbar die Seltenen Erden für viele moderne Schlüsseltechnologien sind:

Eingesetzt werden sie zum Beispiel als Leuchtstoffe. Das Metall Europium wird in Röhrenbildschirmen benötigt für die Rotkomponente im RGB-Farbraum. Seltene Erden bewirken, dass magnetisiertes Eisen die magnetische Wirkung nicht verliert. Diese Neodym-Magnete werden als Dauermagnete in Elektromotoren verwendet und in Generatoren von Windkraftanlagen sowie im elektrischen Motoranteil von Kfz-Hybrid-Motoren eingebaut. Das Element Lanthan wird für Legierungen in Batterien benötigt. 13 % der Seltenen Erdmetalle kommen in Polituren zum Einsatz. Etwa 12 % werden für Spezialgläser benutzt und 8 % für die Leuchtmittel der Plasma- und LCD-Bildschirme, für Energiesparlampen und Radargeräte. Der Vielseitigkeit der Seltenen Erden sind keine Grenzen gesetzt. Neue grüne Zukunftstechnologien wie Brennstoffzellen und Superlegierungen setzen auf die Seltenen Erden. Auch moderne Panzer- und Radaranlagen wären undenkbar ohne den Einsatz von Seltenen Erden.

Seltene Erden dienen auch als Zusätze in der Keramik- und Glasherstellung. So sind z. B. Glasproduzenten wie Schott oder Zeiss ohne Seltene Erden nicht arbeitsfähig. Seltene Erden dienen als Futtermittelbeigabe in der Viehwirtschaft zur Leistungssteigerung und schnelleren Gewichtszunahme durch bessere Futterverwertung.

*Das Zitat des damaligen chinesischen Ministerpräsidenten stammt aus dem Jahre 1972.