ข้ามไปเนื้อหา

ธาตุหายาก

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
แร่หายาก ขนาดเมื่อเทียบกับเหรียญเพนนีของสหรัฐอเมริกา
ออกไซด์หายาก ใช้สำหรับเป็นตัวติดตามในการตรวจสอบพื้นที่ลุ่มน้ำต่างๆถูกกัดเซาะ . เรียงตามเข็มนาฬิกา: เพรซีโอดิเมียม ซีเรียม แลนทานัม นีโอดิเมียม ซาแมเรียม และ แกโดลิเนียม.[1]

ธาตุหายาก ("REEs") หรือ ธาตุแรร์เอิร์ท หมายถึง ธาตุทั้ง 17 ธาตุซึ่งเป็นธาตุทุกธาตุในหมู่แลนทาไนด์ทั้ง 15 ธาตุ รวมถึงสแกนเดียมและอิตเทรียม [2] สแกนเดียมและอิตเทรียมจัดเป็นโลหะเบาที่หายาก เนื่องจากพวกมันมีแนวโน้มว่าจะเกิดในสินแร่เหล็กเช่นเดียวกับธาตุในหมู่แลนทาไนด์และมีสมบัติทางเคมีคล้ายกัน โดยสารประกอบที่มีธาตุแรร์เอิร์ทเป็นองค์ประกอบมีการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์, เลเซอร์, กระจก, วัสดุแม่เหล็ก และกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างไรก็ตาม ธาตุแรร์เอิร์ทควรแยกให้แตกต่างจาก “แร่ธาตุสำคัญ” (critical minerals) ซึ่งหมายถึงวัสดุที่มีความสำคัญเชิงยุทธศาสตร์หรือเศรษฐกิจ โดยแต่ละประเทศอาจให้คำนิยามต่างกัน รวมถึง “แร่แรร์เอิร์ท” (rare-earth minerals) ซึ่งหมายถึงแร่ที่มีธาตุแรร์เอิร์ทอย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็นองค์ประกอบหลักของโลหะในแร่นั้น

คำว่า “แรร์เอิร์ท” เป็นคำที่ใช้ไม่ถูกต้องนัก เพราะธาตุเหล่านี้ไม่ได้หายากจริง ๆ แต่ถูกเรียกเช่นนั้นเนื่องจากมักพบในรูปของสารประกอบ ไม่ได้อยู่ในรูปของโลหะบริสุทธิ์ และมีความยากในการแยกสกัดและทำให้บริสุทธิ์ แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ธาตุแรร์เอิร์ทมักกระจายอยู่ในปริมาณเล็กน้อยในรูปสิ่งเจือปน การจะได้ธาตุแรร์เอิร์ทที่มีความบริสุทธิ์เพียงพอต่อการใช้งานจึงจำเป็นต้องแปรรูปและสกัดจากสินแร่ปริมาณมหาศาล ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงมาก

สแกนเดียมและอิตเทรียมถูกจัดว่าเป็นธาตุแรร์เอิร์ท เนื่องจากมักพบอยู่ร่วมกับแลนทาไนด์ในแหล่งสินแร่ชนิดเดียวกัน และมีสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน แต่มีสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่แตกต่างออกไป ไอโซโทปทั้งหมดของโพรมีเทียมเป็นกัมมันตรังสี และไม่พบตามธรรมชาติในชั้นเปลือกโลก ยกเว้นเพียงร่องรอยเล็กน้อยที่เกิดจากการสลายตัวแบบฟิชชันของยูเรเนียม-238 ธาตุเหล่านี้มักพบในแร่ที่มีทอเรียม และในบางกรณีพบร่วมกับยูเรเนียมด้วย

เนื่องจากสมบัติทางธรณีเคมีของธาตุแรร์เอิร์ท ธาตุเหล่านี้มักกระจายตัวอยู่ทั่วไปและไม่ค่อยพบในรูปที่มีความเข้มข้นสูงในแร่แรร์เอิร์ท ดังนั้น แหล่งแร่ที่สามารถขุดได้อย่างคุ้มค่าทางเศรษฐกิจจึงมีอยู่น้อย แร่แรร์เอิร์ทชนิดแรกที่ถูกค้นพบ (ในปี พ.ศ. 2330) คือแร่แกโดลิไนต์ ซึ่งเป็นแร่สีดำที่ประกอบด้วยซีเรียม อิตเทรียม เหล็ก ซิลิกอน และธาตุอื่นๆ แร่ชนิดนี้ถูกขุดจากเหมืองในหมู่บ้านอิตเตอร์บี ประเทศสวีเดน ธาตุแรร์เอิร์ทสี่ชนิดได้รับการตั้งชื่อตามสถานที่แห่งนี้ โดยการผลิตเชิงพาณิชย์ในยุคปัจจุบันนิยามปริมาณสำรองของธาตุแรร์เอิร์ทในรูปของ “ออกไซด์ของแรร์เอิร์ท” (Rare-Earth Oxides: REOs) ซึ่งเป็นสารประกอบออกไซด์ที่มีส่วนผสมของธาตุแรร์เอิร์ทหลายชนิดรวมกัน

การใช้งาน การประยุกต์ใช้ และความต้องการธาตุแรร์เอิร์ทได้ขยายตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องตลอดหลายปีที่ผ่านมา ในปี พ.ศ. 2558 ธาตุแรร์เอิร์ทส่วนใหญ่ถูกใช้ในกระบวนการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยา และแม่เหล็ก การเปลี่ยนผ่านของโลกไปสู่เทคโนโลยีพลังงานทดแทน เช่น ยานยนต์ไฟฟ้า (EVs) และกังหันลม รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง การใช้งานทางการทหาร และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคอย่างสมาร์ทโฟน ล้วนทำให้ความต้องการใช้ธาตุแรร์เอิร์ทเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

จีนครองตำแหน่งผู้นำโลกทั้งในด้านปริมาณสำรองและการผลิตธาตุแรร์เอิร์ท; ในปี พ.ศ. 2562 จีนจัดส่งผงแรร์เอิร์ททั้ง 17 ธาตุประมาณ 90% ของความต้องการทั่วโลก โดยรัฐบาลจีนได้กำหนดข้อจำกัดในการจัดหาและการจำหน่ายธาตุแรร์เอิร์ทตั้งแต่ประมาณปี พ.ศ. 2553 ด้วยหลายเหตุผล หลังจากประธานาธิบดีสหรัฐฯ ดอนัลด์ ทรัมป์ ยกระดับสงครามการค้ากับจีนในปี พ.ศ. 2568 โดยจีนได้ออกข้อจำกัดเพิ่มเติม ส่งผลให้ประเทศอื่น ๆ ที่มีสำรองแรร์เอิร์ทเริ่มเพิ่มการสำรวจและการผลิตของตน โดยในปี พ.ศ. 2568 สหรัฐอเมริกาและเมียนมาร์เป็นผู้ผลิตธาตุแรร์เอิร์ทมากเป็นอันดับสองและสามตามลำดับ แต่บราซิลและอินเดียมีปริมาณสำรองมากเป็นอันดับสองและสามของโลก

ประวัติศาสตร์

[แก้]

พ.ศ. 2330: การค้นพบ

[แก้]

ธาตุแรร์เอิร์ทถูกค้นพบครั้งแรกในรูปของส่วนประกอบของแร่ คำว่า “rare” หมายถึงแร่ที่พบได้ยาก ส่วนคำว่า “earth” มาจากชื่อเก่าในอดีตที่ใช้เรียกสารประกอบออกไซด์ ซึ่งเป็นรูปแบบทางเคมีของธาตุเหล่านี้ในแร่ คำว่า “rare” ยังอาจมีความหมายว่า “แปลก” หรือ “พิเศษ” อีกด้วย

ในปี พ.ศ. 2330 ร้อยโทคาร์ล อักเซล อาร์เรเนียส (Carl Axel Arrhenius) ได้ค้นพบแร่ชนิดหนึ่งในเหมืองหินของหมู่บ้านอิตเตอร์บี ประเทศสวีเดน ซึ่งต่อมาแร่นี้ได้ถูกส่งไปให้โยฮัน กาโดลิน (Johan Gadolin) ศาสตราจารย์แห่งราชบัณฑิตยสถานเมืองตุรกุ (Royal Academy of Turku) ทำการวิเคราะห์ และเขาได้แยกสารออกไซด์ชนิดใหม่ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อนออกมา ซึ่งเขาตั้งชื่อมันว่า อิตเทรียม

รายชื่อ

[แก้]

ตารางด้านล่างแสดงชื่อ มวลอะตอม รากศัพท์ และการนำไปใช้ของธาตุหายากทั้ง 17 ธาตุหายากบางธาตุได้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบธาตุนั้นๆ หรือสถานที่ที่ค้นพบธาตุนั้นๆ

Z สัญลักษณ์ ชื่อ รากศัพท์ การนำไปใช้
21 Sc สแกนเดียม ตามคำละตินว่า สแกนเดีย (สแกนดิเนเวีย) สถานที่ที่ธาตุหายากชนิดแรกถูกค้นพบ. อัลลอยอะลูมิเนียม-สแกนเดียมเบาซึ่งทำเป็นชิ้นส่วนของอากาศยาน, ถูกเพิ่มใส่ โคมไฟโลหะแฮไลด์ และ หลอดไฟไอปรอท,[3] ซึ่งถ้าเป็นกัมมันตรังสีก็ใช้ติดตามในโรงกลั่นน้ำมัน
39 Y อิตเทรียม ตามหมู่บ้าน Ytterby, Sweden, สถานที่ที่ค้นพบธาตุหายากชนิดแรก. เลเซอร์โกเมนอะลูมิเนียม-อิตเทรียม (YAG) , อิตเทรียมวานาเดต (YVO4) ใช้เป็นตัวนำของยูโรเพียมในทีวีเรืองแสงสีแดง, YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง, โกเมนอิตเทรียมเหล็ก (YIG) ตัวกรองไมโครเวฟ,[3] ในหลอดไฟประหยัดพลังงาน,[4] ใช้เติมลงไปในอะลูมิเนียมที่ใช้ทำสายส่งไฟฟ้าแรงสูงเพื่อเพิ่มสภาพนำไฟฟ้า
57 La แลนทานัม ตามชื่อกรีก"แลนทาเนียน" แปลว่า ถูกซ่อนไว้. แลนทานัมออกไซด์ (La2O3) ใช้ทำเลนส์กล้องถ่ายภาพ
58 Ce ซีเรียม ตามดาวเคราะห์แคระ เซเรส, และตั้งชื่อตามเทพเจ้าแห่งการเกษตรของโรมัน ใช้เป็นตัวออกซิไดส์
59 Pr เพรซีโอดิเมียม ตั้งชื่อตามภาษากรีก "เพรซิออส" ซึ่งแปลว่า สีเขียวต้นหอม และคำว่า "ไดดีมอส"ซึ่งแปลว่า แฝด ใช้ทำแม่เหล็กของธาตุหายาก
60 Nd นีโอดิเมียม ตั้งชื่อตามภาษากรีก "นีออส"ซึ่งแปลว่า ใหม่ และคำว่า "ไดดีมอส"ซึ่งแปลว่า แฝด ใช้ทำแม่เหล็กของธาตุหายาก ใช้ทำเลเซอร์สีม่วง ใช้ทำแก้วไดดีเมียม,
61 Pm โพรมีเทียม ตั้งชื่อตาม ไททัน โพรมีธีอุส ผู้ที่นำไฟมาสู่มนุษย์ ใช้ทำแบตเตอรี่นิวเคลียร์ และเลนส์อินฟราเรด
62 Sm ซาแมเรียม ตาม Vasili Samarsky-Bykhovets ผู้ค้นพบแร่หายาก ซามาร์สไกต์. ใช้ทำแม่เหล็กของธาตุหายาก
63 Eu ยูโรเพียม ตามทวีปยุโรป. ใช้ทำสารเรืองแสงสีแดงและสีน้ำเงิน ใช้ทำเลเซอร์ และหลอดไฟไอปรอท
64 Gd แกโดลิเนียม ตาม โจฮัน แกโดลิน (1760–1852), เพื่อเป็นเกียรติแก่การตรวจสอบธาตุหายากของเขา ใช้ทำแม่เหล็กของธาตุหายาก ใช้ทำหลอดรังสีเอกซเรย์
65 Tb เทอร์เบียม ตามหมู่บ้าน Ytterby, Sweden, สถานที่ที่ค้นพบธาตุหายากชนิดแรก. ใช้ทำสารเรืองแสงสีเขียว ใช้ทำเลเซอร์
66 Dy ดิสโพรเซียม ตามภาษากรีก "ดิสโพรซิทอส" แปลว่า หาได้ยาก. ใช้ทำแม่เหล็กของธาตุหายาก
67 Ho โฮลเมียม ตาม สต็อกโฮล์ม (ในละติน, "โฮลเมีย") ซึ่งเป็นเมืองบ้านเกิดของผู้ค้นพบคนหนึ่ง ใช้ทำเลเซอร์, ใช้ทำแม่เหล็ก
68 Er เออร์เบียม ตามหมู่บ้าน Ytterby, สวีเดน ใช้ทำเลเซอร์อินฟราเรด, เหล็กกล้าวาเนเดียม
69 Tm ทูเลียม ตามดินแดนทางเหนือในตำนาน ทูล. ใช้ทำโคมไฟโลหะแฮไลด์, เลเซอร์
70 Yb อิตเตอร์เบียม ตามหมู่บ้าน Ytterby, สวีเดน ใช้ทำเลเซอร์อินฟราเรด, เป็นตัวรีดิวซ์, เหล็กกล้าสแตนเลส
71 Lu ลูทีเชียม หลัง ลูทีเชีย เป็นชื่อเมืองก่อนที่จะเปลี่ยนชื่อเป็น ปารีส. ลูทีเชียมแทนทาเลตใช้เป็นตัวนำสารเรืองแสง

ตัวย่อ

[แก้]

ตัวย่อที่ใช้บ่อยคือ

  • RE = หายาก
  • REM = โลหะหายาก
  • REE = ธาตุหายาก
  • REO = ออกไซด์หายาก
  • REY = ธาตุหายากและอิตเทรียม
  • LREE = ธาตุหายากเบา (La Ce Pr Nd Pm Sm Eu และ Gd รู้จักในชื่อของกลุ่มซีเรียม) [5][6]
  • HREE = ธาตุหายากหนัก (Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu และ Y รู้จักในชื่อของกลุ่มอิตเทรียม) [5][6]

ดูเพิ่ม

[แก้]

อ้างอิง

[แก้]
  1. ↑ "News and events". US Department of Agriculture. สืบค้นเมื่อ 2012-03-13.
  2. ↑ Edited by N G Connelly and T Damhus (with R M Hartshorn and A T Hutton), บ.ก. (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC Recommendations 2005 (PDF). Cambridge: RSC Publ. ISBN 0-85404-438-8. เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 2008-05-27. สืบค้นเมื่อ 2012-03-13. {{cite book}}: |editor= มีชื่อเรียกทั่วไป (help)
  3. 1 2 C. R. Hammond, "Section 4; The Elements", in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 89th Edition (Internet Version 2009), David R. Lide, ed., CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL.
  4. ↑ Energy-efficient light bulbs containing yttrium
  5. 1 2 Gschneidner, Karl A., Jr. 1966. |title=Rare Earths-The Fraternal Fifteen. Washington, DC, U.S. atomic Energy Commission, Divisions of Technical Information, 42 pages.
  6. 1 2 Hedrick, James B. "REE Handbook -- The ultimate guide to Rare Earth Elements,". Rare Metal Blog. Toronto, Canada. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-11-27. สืบค้นเมื่อ 2013-10-05.

แหล่งข้อมูลอื่น

[แก้]
เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/w/index.php?title=ธาตุหายาก&oldid=12630693"