Ritkaföldfémek

A ritkaföldfémek a periódusos rendszer elemeinek egy sajátos csoportját alkotják. A lantanoidák 15 elemből álló csoportját a szkandiummal és az ittriummal kiegészítve együtt nevezik ritkaföldfémeknek. Utóbbi kettőt azért sorolják ebbe a csoportba, mert jellemzően ugyanazokban az ércekben fordulnak elő, mint a lantanoidák, és hasonlóak a kémiai tulajdonságaik is.

Nevükkel ellentétben a ritkaföldfémek (a radioaktív prométium kivételével) viszonylag nagy mennyiségben fordulnak elő a földkéregben: a cérium például a 25. leggyakoribb elem (68 ppm-es mennyisége a rézéhez hasonló). Geokémiai tulajdonságaik miatt azonban általában elszórtan fordulnak elő, és ritkán találhatók meg koncentrált és gazdaságosan kitermelhető ritkaföldfém-ásvány formájában. Ezeknek az ásványoknak a ritkasága miatt kapták nevüket. Az első ilyen ásvány, amelyet felfedeztek, a gadolinit volt, amely cériumból, ittriumból, vasból, szilíciumból és más elemekből áll. Ezt az ásványt a svédországi Ytterby környékén találták meg, ezért több ritkaföldfém neve is erre a helyre vezethető vissza.

Tagjai

A következő 17 kémiai elem tartozik a ritkaföldfémek közé (zárójelben a rendszám):

• szkandium (21),
• ittrium (39),
• lantanoidák: lantán (57), cérium (58), prazeodímium (59), neodímium (60), prométium (61), szamárium (62), európium (63), gadolínium (64), terbium (65), diszprózium (66), holmium (67), erbium (68), túlium (69), itterbium (70), lutécium (71).

Tudományos jelentőségük

Szerepük a magmás kőzetek vizsgálatában

A ritkaföldfémek sajátos szerepet játszanak a magmás kőzetek kialakulási folyamataiban. Ionrádiuszuk miatt csaknem egységesen a legutoljára kristályosodó és a legelsőként megolvadó komponensben halmozódnak föl. Magmás kőzetek parciális olvadása idején ezért a parciális olvadék mennyiségét, a parciális olvadás fokát a ritkaföldfémek mennyisége alapján lehet meghatározni.

Szerepük a holdi magmás kőzettanban

Egyedül az európium az, amely ionrádiusza alapján a kalciumot tudja helyettesíteni. Ezért a földpátokban mindig található valamennyi európium is.

A holdi kőzetek ritkaföldfém-tartalmát mérve megfigyelték, hogy a holdi anortozitok egységesen jelentős mértékben földúsultak európiumban a többi ritkaföldfémhez képest. A holdi köpenyből parciális olvadással származtatható bazaltok viszont többnyire jelentős mértékben elszegényedtek európiumban.

Az egységes holdi európium anomália volt az egyik fontos igazolása annak a feltételezésnek, hogy a holdi anortozitos kéreg a korai holdi magma óceánból kivált kőzetcsoport.

Szerepük az égitestek differenciálódási fokának összehasonlításában

Négy ritkaföldfém (RFF) gyakorisági diagram négy különböző méretű égitestről: a kondritos kisbolygó bazaltjaitól, a Hold kőzeteitől, a Föld néhány kőzetétől (szentbékkállai sorozat) és a Mars néhány meteoritjétől.

Az bolygótestek méretük szerint különböző mértékben alakultak át. A nagyobb méretű kisbolygók már övekre differenciálódtak, ahogyan azt a kondritok fejlődésénél láthatjuk. A kisbolygókat elsősorban a rövid felezési idejű radioaktív elemek melegítették föl. A nagyobb méretű égitestek belső fűtésére a radioaktív elemek nagyobb mennyisége állt rendelkezésre és tömegük is nagyobb. A nagyobb égitestek ezért differenciáltabbak. Mindezt röviden szemlélteti a bolygótestek kőzeteiből vett RFF diagram.

A jobb oldali ábra négy ritkaföldfém (RFF) gyakorisági diagramot mutat be négy különböző méretű égitestről (a méréseket a kondritos értékekre normálják). Balról jobbra a kondritos kisbolygó bazaltjai, a Hold kőzetei, a Föld néhány kőzete (szentbékkállai sorozat) és a Mars néhány meteoritje szerepel a négy oszlopban. A legdifferenciáltabb folyamatok a földi bazaltokat jellemzik, mert egy feltételezett kondritos kezdeti értékről (az 1-es vonal magasságában) parciális olvadással fölfelé is, és lefelé is igen változatos kőzettípusokat hoztak létre. Ezen a diagramon a Mars kőzetei még jobbára az ősi differenciálatlanságot mutatják. Az s-sel jelölt shergottitok RFF gyakorisága a holdi Apolló 12 és 15 bazaltok magasságába esik. Az ALHA 84001 (marsi meteorit) is ősi RFF gyakoriságot mutat.

Gazdasági szerepük

A ritkaföldfémek szerepe a gazdaságban a tiszta energiára történő átállás miatt (elektromos autók, szélturbinák stb.) egyre növekszik. Kitermelésük azonban a 2020-as évek elején csaknem teljes egészében Kínában koncentrálódik. 2022-ben Svédországban, 2024-ben Norvégiában fedeztek fel új jelentős ritkaföldfém-lelőhelyet, de ezek kitermelése csak jónéhány év múlva kezdődhet.

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Rare earth element című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

• Voncken, J.H.L.. The Rare Earth Elements, SpringerBriefs in Earth Sciences. Cham: Springer International Publishing. DOI: 10.1007/978-3-319-26809-5 (2016. november 4.). ISBN 978-3-319-26807-1 
• szerk.: David A. Atwood: The Rare Earth Elements: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons (2012). ISBN 978-1-119-95097-4 
• A ritkaföldfémek és a holdi magma óceán kialakulása
• Sophia Kalantzakos: Kína és a ritkaföldfémek geopolitikája; ford. Gábris Judit, Milán Endre; Pallas Athéné, Budapest, 2018
• Guillaume Pitron: Ritkafémek háborúja. A tiszta energia és a digitális technológiák sötét oldala; ford. Dobosi Angéla; Pallas Athéné, Budapest, 2023