Die Geschichte der Seltenen Erden

Seltene Erden. Tippt man in die Google Suchmaschine nur die ersten Buchstaben “selt” ein, steht der Begriff “Seltene Erden direkt als erstes auf der Liste der meistgesuchten Begriffe. Was sind die Hintergründe dieser Seltenen Erden “Hysterie”? Die oft verwendete abgekürzte Bezeichnung Seltene Erden statt Metalle der Seltenen Erden ist missverständlich. Der Name der Gruppe stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und beruht auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden. Nur Promethium, ein kurzlebiges radioaktives Element, ist in der Erdkruste wirklich selten.

Einige der Metalle der Seltenen Erden (Cer, Yttrium und Neodym) kommen in der Erdkruste häufiger vor als beispielsweise Blei, Molybdän oder Arsen. Thulium, das seltenste stabile Element der Seltenen Erden, ist immer noch häufiger vorhanden als Gold oder Platin. Die Bezeichnung Metalle der Seltenen Erden ist insofern berechtigt, als größere Lagerstätten von geeigneten Mineralien tatsächlich selten sind. Die Elemente kommen zumeist nur jeweils in kleinen Mengen, in sehr vielen, weit verstreut lagernden Mineralien sowie als Beimischungen in anderen Mineralien vor. Ein Großteil der industriellen Gewinnung von Seltenerdmetallen geschieht daher als Nebenprodukt durch die chemische Aufbereitung bei der Gewinnung anderer, stärker konzentriert vorliegender Metalle aus deren Erzen.

Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerd-Metalle macht ihre Trennung aufwändig und kostspielig. Oft genügt es, preiswertes Mischmetall einzumischen. Von besonderem Interesse sind die spektroskopischen Eigenschaften Seltener Erden. So weisen sie im Festkörper, im Gegensatz beispielsweise zu Halbleitern, ein diskretes Energiespektrum auf. Dies liegt an der besonderen 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 (Kristallfeld) ausgesetzt. Die inhomogene Linienbreite reicht, je nach Kristall, von einigen hundert Gigahertz bis zu etwa zehn Gigahertz. Im atomaren Zustand sind die meisten dieser Übergänge hingegen verboten. Im Festkörper hebt das Kristallfeld durch andere Übergänge diese atomaren Verbote jedoch zu einem gewissen Grad auf. Die Übergangswahrscheinlichkeiten sind dennoch gering.setzen. Es ist eine Mischung aus Seltenerd-Metallen, die bei der Aufbereitung von Seltenerd-Erzen, zum Beispiel Monazit, anfällt.

China fördert mehr als 90 Prozent der seltenen Erden oder Seltenerdmetalle weltweit. Hinter dem Begriff verbergen sich 17 chemische Elemente, die in Hybridautos, Leuchtmitteln und vielen anderen Hightechprodukten zum Einsatz kommen. Dass die chinesische Regierung in Peking vor Kurzem gegen Minen zur Förderung solcher Metalle vorgegangen ist und Exportbeschränkungen verhängt hat, führte in einigen Märkten zu Chaos. Japan und die USA, die weltweit größten Importeure von seltenen Erden, haben daher China gegenüber immer wieder Bedenken geäußert. Indessen häufen sich die Beschwerden von Vertretern aus der Industrie, die seltene Erden nutzen. 2010 kürzte China den Export von seltenen Erden bereits um 40 Prozent und stoppte die Auslieferung solcher Metalle an Japan während einer politischen Auseinandersetzung vorübergehend sogar ganz. Dieses Jahr waren die Preise für seltene Erden zwar bereits deutlich gestiegen, aber der jüngste Preissprung hat selbst chinesische Analysten verblüfft.

Johan Gadolin 05.06.1760 -15.08.1852

Die Geschichte im Jahr 1787 entdeckte Carl Axel Arrhenius, ein Leutnant der schwedischen Armee, ein ungewöhnliches Exemplar schwarzen Erzes nahe der Feldspatmine bei Ytterby.[1] 1794 isolierte Johan Gadolin, ein finnischer Professor an der Universität von Åbo, ca. 38 % einer neuen, bislang nicht beschriebenen „Erde“ (Oxid). Obwohl Arrhenius das Mineral Ytterite benannt hatte, bezeichnete es Anders Gustaf Ekeberg als Gadolinit. Kurz darauf, im Jahre 1803, isolierten der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth sowie Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger in Schweden unabhängig voneinander eine ähnliche „Erde“ aus einem Erz, das 1751 Axel Frederic Cronstedt in einer Mine nahe Bastnäs in Schweden gefunden hatte. Dieses Mineral wurde Cerit und das Metall Cer benannt, nach dem damals gerade entdeckten Planetoiden Ceres. Carl Gustav Mosander, ein schwedischer Chirurg, Chemiker und Mineraloge, führte zwischen 1839 und 1841 Versuche zur thermischen Zersetzung einer

Carl Gustav Mosander 10.09.1797 - 15.10.1858

Probe aus Nitrat, die aus Cerit gewonnen war, durch. Er laugte das Produkt mit verdünnter Salpetersäure aus, identifizierte das unlösliche Produkt als Ceroxid und gewann schließlich zwei neue „Erden“ aus der Lösung, Lanthana (zu verstecken) und Didymia (Zwillingsbruder von Lanthana). Auf ähnliche Weise isolierte Mosander 1843 drei oxidische Fraktionen aus dem ursprünglichen Yttriumoxid: Eine weiße (Yttriumoxid), eine gelbe (Erbiumoxid) und eine rosa (alt: Terbiumoxid). Diese Beobachtungen führten zu einer Periode intensiver Erforschung sowohl von Ceroxid als auch von Yttriumoxid bis gut in die 1900er Jahre hinein, an der bedeutende Forscher der damaligen Zeit beteiligt waren. Es gab Doppelarbeit, ungenaue Berichte, zweifelhafte Entdeckungsansprüche und unzählige Beispiele von Verwirrung aufgrund mangelnder Kommunikationsmöglichkeiten und fehlender Charakterisierungs- und Trennmethoden. Angesichts der vorhandenen Methoden kann jedoch nur Bewunderung über den damaligen Einfallsreichtum und die Ausdauer der Wissenschaftler aufkommen. Nach 1850 diente die neu entdeckte Spektroskopie dazu, das Vorhandensein der bekannten Elemente nachzuweisen und neue zu identifizieren. 1864 nutzte Marc Delafontaine, ein schweizerisch-amerikanischer Chemiker, die Methode, um Yttrium, Terbium und Erbium als Elemente eindeutig nachzuweisen. Er verwechselte dabei die Namen von Terbium und Erbium, die bis heute so blieben. 1885 begann Carl Auer von

Carl Freiherr Auer von Welsbach 01.09.1858-04.08.1929

Welsbach mit Untersuchungen an Didym. Zum damaligen Zeitpunkt wurde bereits vermutet, dass es sich bei diesem nicht um ein einziges Element handelte. Jedoch waren die bisherigen Anstrengungen, die einzelnen Elemente zu trennen, nicht erfolgreich gewesen. Auer wandte dabei seine Methode der fraktionierten Kristallisation an, statt eine fraktionierte Fällung. Dadurch gelang ihm die Trennung des vermeintlichen Didyms in Praseodym und Neodym. 1907 veröffentlichte er Versuchsergebnisse zur Existenz von zwei Elementen in Ytterbium, die er Aldebaranium und Cassiopeium nannte. Nach dem längsten Prioritätsstreit in der Geschichte der Chemie mit dem französischen Chemiker Georges Urbain werden diese heute Ytterbium und Lutetium bezeichnet. Mit Lutetium wurde das Kapitel der Geschichte der Entdeckung der natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden, die länger als ein Jahrhundert gedauert hatte, abgeschlossen. Auch wenn alle natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden entdeckt waren, war dies den damaligen

Georges Urbain 12.04.172 - 05.11.1938

Forschern nicht bewusst. So setzten sowohl Auer als auch Urbain ihre Arbeiten fort. Die theoretische Erklärung zur großen Ähnlichkeit der Eigenschaften der Metalle der Seltenen Erden und auch zur Maximalanzahl dieser kam erst später mit der Entwicklung der Atomtheorie. Die Ordnungszahl wurde 1912 durch van den Broek eingeführt. Henry Growyn und Henry Moseley entdeckten 1913, dass es eine mathematisch darstellbare Beziehung zwischen der Ordnungszahl eines Elementes und der Frequenz der emittierten Röntgenstrahlen an einer Antikathode des gleichen gibt. Urbain unterwarf daraufhin alle Elemente der Seltenen Erden, die in jüngster Zeit entdeckt worden waren, dem Test von Moseley und bestätigte, dass sie echte Elemente waren. Der Bereich der Elemente der seltenen Erden vom Lanthan mit der Ordnungszahl 57 bis zum Lutetium mit 71 wurde aufgestellt. Die Nummer 61 war jedoch noch nicht bekannt. 1941 bestrahlten Forscher der Universität von Ohio Praseodym, Neodym und Samarium mit Neutronen, Deuteronen und Alphapartikeln und erzeugten dadurch neue Radioaktivitäten, die höchstwahrscheinlich auf die des Elementes Nummer 61 zurückzuführen waren. Die Bildung von Element 61 wurde auch 1942 von Wu und Segre beansprucht. Der chemische Nachweis gelang 1945 am Clinton Laboratory, dem späteren Oak Ridge National Laboratory durch Marinsky, Glendenin und Coryell, die das Element durch Ionenaustauschchromatographie aus den Produkten der Kernspaltung von Uran und der Neutronen-Bombardierung von Neodym isolierten. Sie nannten das neue Element Promethium.[2] In den 1960er- bis 1990er-Jahren leistete Allan Roy Mackintosh entscheidende Beiträge zum atom- und festkörperphysikalischen Verständnis der Seltene Erden Gruppe.

Quelle: Wikipedia

Hinterlasse eine Antwort