суббота, 28 сентября 2024 г.

იშვიათი ელემენტები

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                     იშვიათი ელემენტები
                       
                                                                               იშვიათი ელემენტები

 იშვიათი ელემენტები ჩვეულებრივი სახელწოდებაა ელემენტების დიდი ჯგუფისთვის (60-ზე მეტი), რომელიც მოიცავს ლითიუმს, ბერილიუმს, გალიუმს, ინდიუმს, გერმანიუმს, ვანადიუმს, ტიტანს, მოლიბდენს, ვოლფრამის, იშვიათი დედამიწის ელემენტებს, ასევე ინერტულ გაზებს.

იშვიათი ელემენტების უმეტესობა ლითონებია, ამიტომ ტერმინი იშვიათი ელემენტები ხშირად იცვლება ტერმინით იშვიათი ლითონები
ტიპები
იშვიათი ელემენტები პირობითად იყოფა კატეგორიებად: მსუბუქი, ცეცხლგამძლე, კვალი, იშვიათი მიწა, რადიოაქტიური და ინერტული აირები, თუმცა, ამ ელემენტებიდან ბევრი შეიძლება ერთდროულად დაიყოს სხვადასხვა ჯგუფად.

ვადა
ტერმინის იშვიათი ელემენტების გამოჩენა აიხსნება ამ ელემენტების შედარებით გვიან განვითარებითა და გამოყენებით, რაც დაკავშირებულია მათ დაბალ გავრცელებასთან (ანუ დედამიწის ქერქში დისპერსიასთან), აგრეთვე ნედლეულიდან გამოყოფის სირთულეებთან. სუფთა ფორმა. ამ ელემენტების გამოყენების სფეროს ფართოვდება, ტერმინი იშვიათი ელემენტები თანდათან კარგავს თავდაპირველ მნიშვნელობას.

თვისებები
იშვიათი ელემენტებია საჭირო თანამედროვე ტექნოლოგიების, მეტალურგიისა და ქიმიისთვის.

ამ ელემენტების მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია:

შიგთავსი დედამიწის ქერქში (წონა და ატომური %)
იზოტოპების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები
კრისტალური სტრუქტურა
სისუფთავის დონე
გამოყენების სფერო
      იშვიათ მიწათა ელემენტები
         
იშვიათი დედამიწის ელემენტების ოქსიდები. საათის ისრის მიმართულებით ჯერ ცენტრიდან: პრასეოდიმი, ცერიუმი, ლანთანუმი, ნეოდიმი, სამარიუმი, გადოლინიუმი

იშვიათი დედამიწის ელემენტები (Rare Earths ; შემოკლებით REE, ინგლისური TR, REE, REM) - 17 ელემენტისგან შემდგარი ჯგუფი, მათ შორის სკანდიუმი, იტრიუმი და ლანთანიდები (ლანთანუმი, ცერიუმი, პრასეოდიმი, ნეოდიმი, პრომეთიუმი, სამარიუმი, ევროპიუმი, გადოლინიუმი. ტერბიუმი, დისპროსიუმი, ჰოლმიუმი, ერბიუმი, თულიუმი, იტერბიუმი, ლუტეტიუმი).

იშვიათი დედამიწის ელემენტები ავლენენ დიდ მსგავსებას ქიმიურ და ზოგიერთ ფიზიკურ თვისებებში, რაც აიხსნება მათი ატომების გარე ელექტრონული დონის თითქმის იდენტური სტრუქტურით. ყველა მათგანი მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია და ყველა მათგანს აქვს მსგავსი ქიმიური თვისებები (დაჟანგვის ყველაზე ტიპიური მდგომარეობაა +3). იშვიათი დედამიწის ელემენტებია ლითონები, ისინი მიიღება შესაბამისი ოქსიდების, ფტორების შემცირებით, უწყლო მარილების ელექტროლიზით და სხვა მეთოდებით.
17 редкоземельных элементов из Системы элементов
ლანთანიდის ნიმუშები

ქიმიური თვისებების და სახსრის მიხედვითბუნებაში ყოფნა იყოფა ქვეჯგუფებად:


იტრიუმი (Y, La, Gd - Lu)

ცერიუმი (Ce - Eu)

ატომური მასის მიხედვით ლანთანიდები იყოფა:


სინათლე (CE - Eu)

მძიმე (Gd - Lu)

ტერმინი

სახელი "იშვიათი მიწები" (ლათინური terrae rarae - "იშვიათი მიწები") მიენიჭა იმის გამო, რომ ისინი:


შედარებით იშვიათია დედამიწის ქერქში (შიგთავსი (1,6-1,7)⋅10−2% მასის მიხედვით)

ქმნიან წყალში ცეცხლგამძლე, პრაქტიკულად უხსნად ოქსიდებს (ასეთ ოქსიდებს მე-19 საუკუნის დასაწყისში და უფრო ადრე „დედამიწებს“ უწოდებდნენ).

სახელი "იშვიათი დედამიწის ელემენტები" ისტორიულად ჩამოყალიბდა მე -18 საუკუნის ბოლოს - მე -19 საუკუნის დასაწყისში, როდესაც შეცდომით ითვლებოდა, რომ მინერალები, რომლებიც შეიცავს ორი ქვეოჯახის ელემენტებს - ცერიუმს (მსუბუქი - La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu) და იტრიუმი (მძიმე - Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) - იშვიათად გვხვდება დედამიწის ქერქში. თუმცა, ნედლეულის მარაგის მხრივ, იშვიათი არ არის მიწიერი ელემენტები მთლიანი სიმრავლით, ისინი აჭარბებენ ტყვიას 10-ჯერ, მოლიბდენს 50-ჯერ, ვოლფრამს 165-ჯერ.


თანამედროვე სამეცნიერო ლიტერატურაში მიღებული აბრევიატურები:


TR - ლათ. Terrae rarae - იშვიათი მიწები.

REE - ინგლისური იშვიათი დედამიწის ელემენტი - იშვიათი დედამიწის ელემენტები.

REM - ინგლისური იშვიათი დედამიწის ლითონი - იშვიათი დედამიწის ლითონები.

REE - იშვიათი დედამიწის ელემენტები

ამბავი

1794 წელს ფინელმა ქიმიკოსმა იოჰან გადოლინმა, შვედეთის ქალაქ იტერბის მახლობლად მადნის ნიმუშების შესწავლისას (მოგვიანებით იშვიათმიწის ელემენტებს იტრიუმი, ტერბიუმი, ერბიუმი და იტერბიუმი ამ სოფლის სახელით დაარქვეს), აღმოაჩინა მანამდე უცნობი "იშვიათი დედამიწა", რომელსაც მან დაარქვა. იტრიუმი იმ ადგილის შემდეგ, სადაც ის იპოვეს.


მოგვიანებით, გერმანელმა ქიმიკოსმა მარტინ კლაპროტმა დაყო ეს ნიმუშები ორ „დედამიწად“, რომელთაგან ერთს დაუტოვა სახელი იტრიუმი, ხოლო მეორეს ცერიუმი (1801 წელს აღმოჩენილი პატარა პლანეტის ცერესის პატივსაცემად, რომელსაც, თავის მხრივ, ეწოდა. ძველი რომაული ქალღმერთის ცერესის შემდეგ).


ცოტა მოგვიანებით, შვედმა მეცნიერმა კარლ მოსანდერმა შეძლო იმავე ნიმუშიდან კიდევ რამდენიმე „მიწის“ იზოლირება. ყველა მათგანი აღმოჩნდა ახალი ელემენტების ოქსიდები, რომლებსაც იშვიათი დედამიწა ეწოდება. ოქსიდების განცალკევების სირთულის გამო, ათეულობით ითვლებოდა ცრუ განცხადებები ახალი იშვიათი დედამიწის ელემენტების აღმოჩენის შესახებ. ერთად, 1907 წლისთვის, ქიმიკოსებმა აღმოაჩინეს და ამოიცნეს მხოლოდ 16 ასეთი ელემენტი. რენტგენის თვისებების კვლევების საფუძველზე, ყველა ელემენტს მიენიჭა ატომური რიცხვები 21 (სკანდიუმი), 39 (იტრიუმი) და 57 (ლანთანუმი) 71-ს (ლუტეტიუმი), გარდა 61-ისა.


ატომური წონის გაზრდის მიზნით, ისინი განლაგებულია შემდეგნაირად:


Z სიმბოლოს სახელწოდება ეტიმოლოგია

21 Sc Scandium სკანდინავიის პატივსაცემად

39 Y იტრიუმი შვედური სოფლის იტერბის საპატივცემულოდ

57 La Lanthanum ბერძნულიდან. "საიდუმლო"

58 Ce Cerium მცირე პლანეტის ცერესის პატივსაცემად, თავის მხრივ ქალღმერთის ცერესის სახელით

59 Pr Praseodymium ბერძნულიდან. "მწვანე ტყუპი", სპექტრში მწვანე ხაზის გამო

60 Nd ნეოდიმი ბერძნულიდან. "ახალი ტყუპი"

61 საათზე პრომეთე მითიური გმირის პრომეთეს სახელით, რომელმაც ზევსს ცეცხლი მოპარა და ხალხს გადასცა.

62 სმ სამარიუმი დაარქვეს მინერალის სამარსკიტს, რომელშიც ის აღმოაჩინეს

63 ევროპიუმი ევროპის პატივსაცემად

64 Gd Gadolinium იოჰან გადოლინის პატივსაცემად

65 ტბ ტერბიუმი შვედური სოფლის იტერბის საპატივცემულოდ

66 Dy Dysprosium ბერძნულიდან. "ძნელად მისადგომი"

67 Ho Holmium სტოკჰოლმის საპატივცემულოდ

68 Er Erbium შვედური სოფლის იტერბის საპატივცემულოდ

69 Tm Thulium სკანდინავიის ძველი სახელიდან

70 Yb Ytterbium შვედური სოფლის იტერბის საპატივცემულოდ

71 Lu Lutetium ძველი რომაული სახელიდან პარიზი

თავდაპირველად, საკანი ნომერი 61 ცარიელი იყო, მოგვიანებით ეს ადგილი დაიკავა პრომეთიუმმა, იზოლირებული იყო ურანის დაშლის პროდუქტებიდან და გახდა ამ ოჯახის მე-17 წევრი.


ქიმიური თვისებები

სკანდიუმი, იტრიუმი და ლანთანიდები ძალიან რეაქტიულები არიან. ამ ელემენტების ქიმიური აქტივობა განსაკუთრებით შესამჩნევია ამაღლებულ ტემპერატურაზე. 300-400°C-მდე გაცხელებისას ლითონები წყალბადთანაც კი რეაგირებენ და წარმოქმნიან RH3 და RH2 (სიმბოლო R გამოხატავს იშვიათი დედამიწის ელემენტის ატომს). ეს ნაერთები საკმაოდ ძლიერია და მარილიანი ხასიათი აქვს. ჟანგბადში გაცხელებისას ლითონები ადვილად რეაგირებენ მასთან და წარმოქმნიან ოქსიდებს: R2O3, CeO2, Pr6O11, Tb4O7 (მხოლოდ Sc და Y, დამცავი ოქსიდის ფირის წარმოქმნით, სტაბილურია ჰაერში, თუნდაც 1000°C-მდე გაცხელებისას). როდესაც ეს ლითონები იწვის ჟანგბადის ატმოსფეროში, დიდი რაოდენობით სითბო გამოიყოფა. 1 გ ლანთანის წვისას გამოიყოფა 224,2 კკალ სითბო. ცერიუმის დამახასიათებელი თვისებაა მისი პიროფორული თვისება - ნაპერწკლის უნარი ჰაერში ლითონის ჭრისას.

ცერიუმის დიოქსიდი

ლანთანუმი, ცერიუმი და სხვა ლითონები უკვე ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე რეაგირებენ წყალთან და არაჟანგვის მჟავებთან, ათავისუფლებენ წყალბადს. ატმოსფერული ჟანგბადისა და წყლის მიმართ მათი მაღალი აქტივობის გამო, ლანთანის, ცერიუმის, პრაზეოდიმის, ნეოდიმის და ევროპიუმის ნაჭრები უნდა ინახებოდეს პარაფინში, დანარჩენი იშვიათი ლითონები ცუდად იჟანგება (გარდა სამარიუმისა, რომელიც დაფარულია ფირით; ოქსიდებიდან, მაგრამ მთლიანად არ არის კოროზიირებული მისგან) და შეიძლება ინახებოდეს ნორმალურ პირობებში ანტიოქსიდანტების გარეშე.


იშვიათი დედამიწის ლითონების ქიმიური აქტივობა განსხვავებულია. სკანდიუმიდან ლანთანამდე ქიმიური აქტივობა მატულობს, ხოლო ლანთანუმ - ლუტეტიუმის სერიაში მცირდება. აქედან გამომდინარეობს, რომ ყველაზე აქტიური ლითონი ლანთანია. ეს განპირობებულია ელემენტების ატომების რადიუსის შემცირებით, ერთის მხრივ, ლანთანუმიდან ლუტეტიუმამდე და მეორეს მხრივ ლანთანუმიდან სკანდიუმამდე.


„ლანთანიდის შეკუმშვის“ (შეკუმშვის) ეფექტი იწვევს იმ ფაქტს, რომ ლანთანიდების შემდეგ ელემენტებს (ჰაფნიუმი, ტანტალი, ვოლფრამი, რენიუმი, ოსმიუმი, ირიდიუმი, პლატინა) ამცირებენ ატომის რადიუსებს 0,2-0,3 Å-ით, შესაბამისად მათი ძალიან მსგავსი თვისებები. მეხუთე პერიოდის შესაბამისი ელემენტების თვისებებით.


ელემენტებში - სკანდიუმი, იტრიუმი, ლანთანი - ბოლო ელექტრონული ფენის d-გარსი ახლახან იწყებს ფორმირებას, ამიტომ ატომების რადიუსი და ამ ჯგუფის ლითონების აქტივობა ზემოდან ქვევით იზრდება. ეს თვისება განასხვავებს ჯგუფს ლითონების სხვა მეორადი ქვეჯგუფებისგან, რომლებშიც აქტივობის ცვლილების რიგი საპირისპიროა.


ვინაიდან იტრიუმის ატომის რადიუსი (0,89 Å) ახლოსაა ჰოლმიუმის ატომის რადიუსთან (0,894 Å), ამ ლითონმა უნდა დაიკავოს ერთ-ერთი ბოლო ადგილი აქტივობის თვალსაზრისით. სკანდიუმი, თავისი აქტივობიდან გამომდინარე, უნდა განთავსდეს ლუტეტიუმის შემდეგ. ამ სერიაში ლითონების მოქმედება წყალზე სუსტდება.


იშვიათი დედამიწის ელემენტები ყველაზე ხშირად ავლენენ ჟანგვის მდგომარეობას +3. ამის გამო ყველაზე დამახასიათებელი ოქსიდებია R2O3 – მყარი, ძლიერი და ცეცხლგამძლე ნაერთები. როგორც ძირითადი ოქსიდები, ელემენტების უმეტესობისთვის მათ შეუძლიათ წყალთან შერწყმა და ბაზის შექმნა - R(OH)3. იშვიათი დედამიწის ლითონის ჰიდროქსიდები წყალში ოდნავ ხსნადია. R2O3-ის წყალთან შეერთების უნარი, ანუ ძირითადი ფუნქცია და R(OH)3-ის ხსნადობა მცირდება იმავე თანმიმდევრობით, როგორც მეტალების აქტივობა: Lu(OH)3 და განსაკუთრებით Sc(OH)3, ავლენს ზოგიერთ ამფოტერულ თვისებას. ამრიგად, კონცენტრირებულ NaOH-ში Sc(OH)3 ხსნარის გარდა, მიღებულია მარილი: Na3Sc(OH)6 2H2O.


ვინაიდან ამ ქვეჯგუფის ლითონები აქტიურია და მათი მარილები ძლიერი მჟავებით ხსნადია, ისინი ადვილად იხსნება როგორც არაჟანგვის მჟავებში, ასევე ჟანგვის მჟავებში.


ყველა იშვიათი დედამიწის ლითონი ენერგიულად რეაგირებს ჰალოგენებთან და ქმნის RHal3 (Hal არის ჰალოგენი). ისინი ასევე რეაგირებენ გოგირდთან და სელენთან, მაგრამ გაცხელებისას.


ბუნებაში ყოფნა

როგორც წესი, იშვიათი დედამიწის ელემენტები ბუნებაში გვხვდება ერთად, ხშირად თან ახლავს ურანი და თორიუმი, მაგალითად, მონაზიტი და ევსენიტი. ისინი ქმნიან ძალიან ძლიერ ოქსიდებს, ჰალოგენურ ნაერთებს და სულფიდებს. ლანთანიდებს ყველაზე მეტად ახასიათებთ სამვალენტიანი ელემენტების ნაერთები. გამონაკლისი არის ცერიუმი, რომელიც ადვილად გარდაიქმნება ოთხვალენტიან მდგომარეობაში. ცერიუმის გარდა ოთხვალენტური ნაერთები ქმნიან პრაზეოდიმს და ტერბიუმს. ორვალენტიანი ნაერთები ცნობილია სამარიუმის, ევროპიუმის და იტერბიუმისგან. ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების მიხედვით, ლანთანიდები ძალიან ახლოს არიან ერთმანეთთან. ეს აიხსნება მათი ელექტრონული ჭურვების სტრუქტურის თავისებურებით.


იშვიათი დედამიწის ელემენტების საერთო შემცველობა 100 გ/ტ-ზე მეტია. ცნობილია 250-ზე მეტი მინერალი, რომლებიც შეიცავს იშვიათი დედამიწის ელემენტებს. თუმცა, მხოლოდ 60-65 მინერალი, რომლებშიც Me2O3 შემცველობა აღემატება 5-8%-ს, შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც იშვიათი დედამიწის მინერალები. ძირითადი იშვიათი დედამიწის მინერალებია მონაზიტი (Ce, La)PO4, ქსენოტიმი YPO4, ბასტნეზიტი Ce[CO3](OH, F), პარიზიტი Ca(Ce, La)2[CO3]3F2, გადოლინიტი Y2FeBe2Si2O10, ორტიტი (Ca, Ce) 2 (Al, Fe) 3Si3O12 (O, OH), ლოპარიტი (Na, Ca, Ce) (Ti, Nb)O3, აეშინიტი (Ce, Ca, Th) (Ti, Nb) 2O6. ცერიუმი ყველაზე გავრცელებულია დედამიწის ქერქში, ყველაზე ნაკლებად ტულიუმი და ლუტეტიუმი. საერთაშორისო მინერალოგიური ასოციაციის (IMA) ახალი მინერალებისა და მინერალების სახელწოდების კომისიის (CNMNM) წესების მიხედვით, მინერალები, რომლებსაც შეიცავს დიდი რაოდენობით იშვიათი დედამიწის ელემენტი (ან იშვიათ დედამიწის ელემენტებთან იტრიუმი და სკანდიუმი). მიიღეთ სპეციალური სუფიქსი, „ლევინსონის სპეციფიკატორი“ , მაგალითად, ცნობილია ორი მინერალი: გაგარინიტი-(Y) იტრიუმის უპირატესობით და გაგარინიტი-(Ce) ცერიუმის უპირატესობით.


შეუზღუდავი იზომორფიზმის მიუხედავად, იშვიათი მიწების ჯგუფში გარკვეულ გეოლოგიურ პირობებში შესაძლებელია იტრიუმის და ცერიუმის ქვეჯგუფების იშვიათი მიწების ცალკეული კონცენტრაცია. მაგალითად, ტუტე ქანებთან და მათთან დაკავშირებულ პოსტ-მაგმატურ პროდუქტებთან, ძირითადად ვითარდება ცერიუმის ქვეჯგუფი, ხოლო გრანიტოიდების პოსტ-მაგმატური პროდუქტების გაზრდილი ტუტეობით, ვითარდება იტრიუმის ქვეჯგუფი. ფტორკარბონატების უმეტესობა გამდიდრებულია ცერიუმის ქვეჯგუფის ელემენტებით. ბევრი ტანტალი-ნიობატი შეიცავს იტრიუმის ქვეჯგუფს, ხოლო ტიტანატები და ტიტან-ტანტალი-ნიობატები შეიცავს ცერიუმის ქვეჯგუფს. იშვიათი მიწების გარკვეული დიფერენციაცია შეინიშნება ეგზოგენურ პირობებშიც. იშვიათი მიწების იზომორფული ჩანაცვლება ერთმანეთთან, მიუხედავად მათი სერიული ნომრების განსხვავებისა, განპირობებულია "ლანთანიდის შეკუმშვის" ფენომენით: სერიული ნომრის მატებასთან ერთად სრულდება შიდა და არა გარე, ელექტრონული ორბიტები. რის შედეგადაც იონების მოცულობა არ იზრდება.


მინერალებსა და ქანებში იშვიათი დედამიწის ელემენტების შერჩევითი დაგროვება შეიძლება გამოწვეული იყოს მათი იონური რადიუსების განსხვავებებით. ფაქტია, რომ ლანთანიდის იონების რადიუსი ბუნებრივად მცირდება ლანთანუმიდან ლუტეტიუმამდე. შედეგად, შესაძლებელია შეღავათიანი იზომორფული ჩანაცვლება, რაც დამოკიდებულია შემცვლელი იშვიათი დედამიწის იონების ზომებში განსხვავების ხარისხზე. ამრიგად, სკანდიუმის, ცირკონიუმის და მანგანუმის მინერალებში შეიძლება იყოს მხოლოდ ლუტეტიუმის სერიის იშვიათი მიწები - დისპროსიუმი; ურანის მინერალებში უპირატესად გროვდება სერიის შუა ნაწილის მინერალები (იტრიუმი, დისპროსიუმი, გადოლინიუმი); ცერიუმის ჯგუფის ელემენტები კონცენტრირებული უნდა იყოს თორიუმის მინერალებში; სტრონციუმის და ბარიუმის მინერალების შემადგენლობა შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ ევროპიუმის სერიის ელემენტებს - ლანთანუმს

გამოყენება

იშვიათი დედამიწის ელემენტები გამოიყენება ტექნოლოგიის სხვადასხვა დარგში: რადიოელექტრონიკაში, ხელსაწყოების წარმოებაში, ბირთვულ ტექნოლოგიაში, მანქანათმშენებლობაში, ქიმიურ მრეწველობაში, მეტალურგიაში და ა.შ. La, Ce, Nd, Pr ფართოდ გამოიყენება მინის ინდუსტრიაში ოქსიდების სახით. და სხვა ნაერთები. ეს ელემენტები ზრდის შუშის გამჭვირვალობას. იშვიათი დედამიწის ელემენტები შედის სპეციალური დანიშნულების სათვალეებში, რომლებიც გადასცემენ ინფრაწითელ სხივებს და შთანთქავენ ულტრაიისფერ სხივებს, მჟავას და სითბოს მდგრად სათვალეებს. იშვიათ ნიადაგურმა ელემენტებმა და მათმა ნაერთებმა დიდი მნიშვნელობა მიიღეს ქიმიურ მრეწველობაში, მაგალითად, პიგმენტების, ლაქების და საღებავების წარმოებაში და ნავთობის მრეწველობაში, როგორც კატალიზატორები. იშვიათი დედამიწის ელემენტები გამოიყენება ზოგიერთი ფეთქებადი ნივთიერების, სპეციალური ფოლადების და შენადნობების წარმოებაში, როგორც გაზის შთამნთქმელი. იშვიათი დედამიწის ელემენტების მონოკრისტალური ნაერთები (ისევე როგორც მინა) გამოიყენება ლაზერების და სხვა ოპტიკურად აქტიური და არაწრფივი ელემენტების შესაქმნელად ოპტოელექტრონიკაში. Nd, Y, Sm, Er, Eu Fe-B-ზე დაყრდნობით, მიიღება შენადნობები რეკორდული მაგნიტური თვისებებით (მაღალი მაგნიტიზებული და იძულებითი ძალები), რათა შეიქმნას უზარმაზარი სიმძლავრის მუდმივი მაგნიტები, მარტივ ფეროშენადნობებთან შედარებით. ამ მძლავრ მაგნიტებზე დიდი მოთხოვნაა უპილოტო საფრენი აპარატების ელექტროძრავების წარმოებაში.


რუსეთში იშვიათი მიწიერი ლითონების მოხმარება ახლა დაახლოებით 2-3 ათასი ტონაა წელიწადში და ტენდენცია იზრდება . დაახლოებით 70% გამოიყენება ელექტრონიკაში, წელიწადში რამდენიმე ასეული ტონა ასევე საჭიროა ნავთობის გადამუშავების კატალიზატორების წარმოებისთვის, ხოლო მცირე რაოდენობით გამოიყენება მაგნიტებისა და ოპტიკის წარმოებაში. ზოგადად, რუსეთში იშვიათი მიწიერი ლითონების მხოლოდ მეოთხედი გამოიყენება სამოქალაქო პროდუქციის წარმოებისთვის, დანარჩენი გამოიყენება სამხედრო-ტექნიკური პროდუქციის წარმოებისთვის. რუსეთში იშვიათი მიწიერი ლითონების ძირითადი მომხმარებლები არიან საწარმოები, რომლებიც შედიან Rostec-ის სტრუქტურის შემადგენლობაში: Ruselectronics, United Engine Corporation, Shvabe Holding და სხვ.


იშვიათი დედამიწის ბაზარი

Verified Market Research-ის (VMR) მიმოხილვის მიხედვით, იშვიათი დედამიწის გლობალური ბაზარი 2023 წელს 4,84 მილიარდი დოლარი იყო და 2030 წლისთვის შეიძლება 10,78 მილიარდ დოლარამდე გაიზარდოს. კვლევითი კომპანია Research and Markets-ის თანახმად, ამ ბაზრის მოცულობა 2023 წელს 7,05 მილიარდი დოლარიდან 2024 წელს 7,62 მილიარდ დოლარამდე უნდა გაიზარდოს და 2028 წელს 9,38 მილიარდ დოლარამდე.


იშვიათი დედამიწის ლითონების ბაზრის უმრავლესობას ჩინეთი აკონტროლებს: 2023 წლის ბოლოსთვის ჩინეთმა აწარმოა 240 ათასი ტონა იშვიათი დედამიწის ლითონი, ანუ 69% მსოფლიოში წარმოებული 350 ათასი ტონა.


შანხაის ლითონების ბაზრის მიხედვით, იშვიათი დედამიწის ყველაზე იაფი ელემენტებია ლანთანუმი (გამოყენება მოიცავს ნავთობის კრეკინგ კატალიზატორებს, ფოსფორებს, კოროზიისადმი მდგრად და სითბოს მდგრად შენადნობებს და ცერიუმს (შუქის წყაროები, კატალიზატორები, ცეცხლგამძლე, თერმოელექტრული და აბრაზიული მასალები). მათი საშუალო ფასი. 2024 წელს იყო დაახლოებით 25 ათასი იუანი (~ 3,4 ათასი დოლარი) ტონაზე ყველაზე ძვირადღირებული იშვიათი დედამიწის ელემენტია (აეროკოსმოსური ინდუსტრია, ლაზერები, MHD გენერატორები, მზის პანელები, რენტგენის სარკეები, სისუფთავის მიხედვით, 26,5-ს აღწევს). - 33. 5 მილიონი იუანი (3,6–4,6 მილიონი დოლარი) ტონაზე.


იშვიათი დედამიწის ლითონების ფიზიოლოგიური მოქმედება და ტოქსიკოლოგია

ბევრი იშვიათი დედამიწის ელემენტი არ თამაშობს მკაფიო ბიოლოგიურ როლს ადამიანის სხეულში (მაგალითად, სკანდიუმი, იტერბიუმი, ლუტეტიუმი, თულიუმი და სხვა). ბევრი იშვიათი დედამიწის ლითონის სისტემური ტოქსიკურობა დაბალია.

იხ. ვიდეო - video - What are Rare Earth Elements? - Rare earth elements are an important economic resource which help power many high tech gadgets such as magnets in the modern world. But, what exactly are they, and why are they considered so rare? This video will answer this question, and explain what they are in 99 seconds.




კოერციტიული ძალა

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                        კოერციტიული ძალა
ჰისტერეზის მარყუჟების ოჯახი მარცვლებზე ორიენტირებული ელექტრო ფოლადისთვის, რბილი მაგნიტური მასალისთვის. BR აღნიშნავს შეკავებას და HC არის იძულება. რაც უფრო ფართოა გარე მარყუჟი, მით უფრო მაღალია იძულება. მარყუჟებზე მოძრაობა არის საათის ისრის საწინააღმდეგოდ.

იძულება, რომელსაც ასევე უწოდებენ მაგნიტურ იძულებას, იძულებითი ველის ან იძულებითი ძალას, არის ფერომაგნიტური მასალის უნარის გაუძლო გარე მაგნიტურ ველს დემაგნიტიზაციის გარეშე. იძულებითი მოქმედება ჩვეულებრივ იზომება ერსტირებული ან ამპერ/მეტრიანი ერთეულებით და აღინიშნება HC.

ელექტროტექნიკისა და მასალების მეცნიერების ანალოგიური თვისება, ელექტრული იძულება, არის ფეროელექტრული მასალის უნარი გაუძლოს გარე ელექტრულ ველს დეპოლარიზაციის გარეშე.

ფერომაგნიტურ მასალებს, რომლებსაც აქვთ მაღალი ზეწოლა, ეწოდება მაგნიტურად მძიმე და გამოიყენება მუდმივი მაგნიტების დასამზადებლად. მასალები დაბალი იძულებით, მაგნიტურად რბილია. ეს უკანასკნელი გამოიყენება ტრანსფორმატორისა და ინდუქტორის ბირთვებში, ჩამწერ თავებში, მიკროტალღურ მოწყობილობებში და მაგნიტურ დაცვაში.

განმარტებები
სხვადასხვა იძულების გრაფიკული განსაზღვრა ნაკადის წინააღმდეგ ველის ჰისტერეზის მრუდში (B-H მრუდი), ჰიპოთეტური მყარი მაგნიტური მასალისთვის.
ფერომაგნიტურ მასალაში იძულება არის გამოყენებული მაგნიტური ველის (H ველის) ინტენსივობა, რომელიც საჭიროა ამ მასალის დემაგნიტიზაციისთვის, მას შემდეგ, რაც ნიმუშის მაგნიტიზაცია ძლიერი ველის გაჯერებამდე მიიყვანს. ეს დემაგნიტიზებელი ველი გამოიყენება ორიგინალური გაჯერების ველის საპირისპიროდ. თუმცა, არსებობს იძულების განსხვავებული განმარტებები, იმისდა მიხედვით, თუ რა ითვლება "დემაგნიტიზებულად", ამიტომ შიშველი ტერმინი "იძულება" შეიძლება იყოს ორაზროვანი:

ნორმალური იძულება, HCn, არის H ველი, რომელიც საჭიროა მაგნიტური ნაკადის (საშუალო B ველი მასალის შიგნით) ნულამდე შესამცირებლად.
შინაგანი იძულება, HCi, არის H ველი, რომელიც საჭიროა მაგნიტიზაციის (საშუალო M ველი მასალის შიგნით) ნულამდე შესამცირებლად.
რემანენტული იძულება, HCr, არის H ველი, რომელიც საჭიროა რემანენტის ნულამდე დასაყვანად, რაც იმას ნიშნავს, რომ როდესაც H ველი საბოლოოდ დაბრუნდება ნულამდე, მაშინ B და M ასევე დაეცემა ნულამდე (მასალა აღწევს საწყისს ჰისტერეზის მრუდში). 
განსხვავება ნორმალურ და შინაგან იძულებას შორის უმნიშვნელოა რბილ მაგნიტურ მასალებში, თუმცა ის შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი მძიმე მაგნიტურ მასალებში. უძლიერესი იშვიათი დედამიწის მაგნიტები თითქმის არ კარგავენ მაგნიტიზაციას HCn-ზე.

ექსპერიმენტული განსაზღვრა


იძულების ეკვივალენტური განმარტებები მაგნიტიზაციის წინააღმდეგ ველის (M-H) მრუდის თვალსაზრისით, იგივე მაგნიტისთვის.

როგორც წესი, მაგნიტური მასალის იძულება განისაზღვრება მაგნიტური ჰისტერეზის მარყუჟის გაზომვით, რომელსაც ასევე უწოდებენ მაგნიტიზაციის მრუდი, როგორც ეს ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში. მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება მონაცემების მისაღებად, არის როგორც წესი, ვიბრაციული ნიმუშის ან ალტერნატიული გრადიენტის მაგნიტომეტრი. გამოყენებული ველი, სადაც მონაცემთა ხაზი კვეთს ნულს, არის იძულება. თუ ნიმუშში არის ანტიფერომაგნიტი, მზარდი და კლებადი ველებში გაზომილი იძულება შეიძლება იყოს არათანაბარი გაცვლის მიკერძოების ეფექტის შედეგად.

მასალის იძულება დამოკიდებულია დროის მასშტაბზე, რომელზედაც იზომება მაგნიტიზაციის მრუდი. მასალის მაგნიტიზაცია, რომელიც იზომება შებრუნებულ ველზე, რომელიც ნომინალურად უფრო მცირეა, ვიდრე იძულება, შეიძლება, დიდი ხნის განმავლობაში, ნელ-ნელა ნულამდე მოდუნდეს. რელაქსაცია ხდება მაშინ, როდესაც დომენის კედლის მოძრაობით მაგნიტიზაციის შეცვლა თერმულად გააქტიურებულია და დომინირებს მაგნიტური სიბლანტე. მაღალ სიხშირეებზე იძულების მზარდი მნიშვნელობა სერიოზული დაბრკოლებაა მონაცემთა სიჩქარის გაზრდისთვის მაღალი გამტარიანობის მაგნიტურ ჩანაწერში, რასაც ემატება ის ფაქტი, რომ შენახვის სიმკვრივის გაზრდა, როგორც წესი, მოითხოვს უფრო მაღალ იძულებას მედიაში.
ზოგიერთი მაგნიტური მასალის იძულება
მატერიალური იძულება
(კა/მ)
სუპერმალოი
(16Fe:79Ni:5Mo) 0.0002
პერმალოი (Fe:4Ni) 0,0008–0,08
რკინის ფილები (0,9995 წონა) 0,004–37,4 
ელექტრო ფოლადი (11Fe:Si) 0.032–0.072
ნედლი რკინა (1896) 0.16
ნიკელი (0,99 wt) 0,056-23 
ფერიტის მაგნიტი
(ZnxFeNi1−xO3) 1.2-16
2Fe:Co, [10] რკინის ბოძი 19
კობალტი (0.99 wt) 0.8-72 
ალნიკო 30–150
დისკის ჩამწერი საშუალება
(Cr:Co:Pt) 140
ნეოდიმი მაგნიტი (NdFeB) 800–950
12Fe:13Pt (Fe48Pt52) ≥980
?(Dy,Nb,Ga(Co):2Nd:14Fe:B) 2040–2090
სამარიუმ-კობალტის მაგნიტი
(2Sm:17Fe:3N; 10 K) <40–2800
სამარიუმ-კობალტის მაგნიტი 3200
იხ. ვიდეო - Измерение коэрцитивной силы электротехнической стали 10895



თეორია
იძულებით ველზე, ფერომაგნიტის მაგნიტიზაციის ვექტორული კომპონენტი, რომელიც იზომება გამოყენებული ველის მიმართულების გასწვრივ, არის ნული. არსებობს მაგნიტიზაციის შებრუნების ორი ძირითადი რეჟიმი: ერთი დომენის როტაცია და დომენის კედლის მოძრაობა. როდესაც მასალის დამაგნიტიზაცია იცვლება ბრუნვით, მაგნიტიზაციის კომპონენტი გამოყენებული ველის გასწვრივ ნულის ტოლია, რადგან ვექტორი მიმართულია გამოყენებული ველის მიმართ ორთოგონალური. როდესაც მაგნიტიზაცია იცვლება დომენის კედლის მოძრაობით, წმინდა მაგნიტიზაცია მცირეა ყველა ვექტორის მიმართულებით, რადგან ყველა ცალკეული დომენის მომენტები ჯამდება ნულამდე. მაგნიტიზაციის მრუდები, სადაც დომინირებს ბრუნვა და მაგნიტოკრისტალური ანიზოტროპია, გვხვდება შედარებით სრულყოფილ მაგნიტურ მასალებში, რომლებიც გამოიყენება ფუნდამენტურ კვლევებში. დომენის კედლის მოძრაობა არის უფრო მნიშვნელოვანი შებრუნების მექანიზმი რეალურ საინჟინრო მასალებში, რადგან დეფექტები, როგორიცაა მარცვლეულის საზღვრები და მინარევები, ემსახურება როგორც ბირთვების ადგილებს შებრუნებული მაგნიტიზაციის დომენებისთვის. დომენის კედლების როლი იძულების დადგენაში რთულია, რადგან დეფექტებმა შესაძლოა დომენის კედლები დაამაგროს მათ ბირთვის გარდა. დომენის კედლების დინამიკა ფერომაგნიტებში მსგავსია მარცვლის საზღვრებისა და პლასტიურობისა მეტალურგიაში, რადგან დომენის კედლებიც და მარცვლის საზღვრებიც არის პლანტური დეფექტები.

მნიშვნელობა
როგორც ნებისმიერი ისტერიული პროცესის დროს, მაგნიტიზაციის მრუდის არეალი ერთი ციკლის განმავლობაში წარმოადგენს სამუშაოს, რომელიც შესრულებულია მასალაზე გარე ველის მიერ მაგნიტიზაციის შებრუნებისას და გამოიყოფა სითბოს სახით. მაგნიტურ მასალებში გავრცელებული დაშლის პროცესები მოიცავს მაგნიტოსტრიქციას და დომენის კედლის მოძრაობას. იძულება არის მაგნიტური ჰისტერეზის ხარისხის საზომი და, შესაბამისად, ახასიათებს რბილი მაგნიტური მასალების დაკარგვას მათი საერთო გამოყენებისთვის.

გაჯერების რემანენტობა და იძულება მყარი მაგნიტების დამსახურებაა, თუმცა მაქსიმალური ენერგეტიკული პროდუქტი ასევე ჩვეულებრივ ციტირებულია. 1980-იან წლებში შეიქმნა იშვიათი დედამიწის მაგნიტები მაღალი ენერგეტიკული პროდუქტებით, მაგრამ არასასურველი დაბალი კური ტემპერატურით. 1990-იანი წლებიდან შეიქმნა ახალი გაცვლითი ზამბარის მყარი მაგნიტები მაღალი იძულებით.
იხ. ვიდეო - Coercivity & retentivity (Permanent & electromagnets) | Magnetism & matter | Physics | Khan Academy


четверг, 26 сентября 2024 г.

ვებერ-ფეხნერის კანონი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                       ვებერ-ფეხნერის კანონი
ვებერ-ფეხნერის კანონის ილუსტრაცია. თითოეულ მხარეს ქვედა კვადრატი შეიცავს 10-ზე მეტ წერტილს, ვიდრე ზედა. თუმცა აღქმა განსხვავებულია: მარცხენა მხარეს აშკარად ჩანს განსხვავება ზედა და ქვედა კვადრატს შორის. მარჯვენა მხარეს ორი კვადრატი თითქმის ერთნაირად გამოიყურება.

ვებერ-ფეხნერის კანონი არის ემპირიული ფსიქოფიზიოლოგიური კანონი, რომელიც ამბობს, რომ რაღაცის შეგრძნების ინტენსივობა ხაზობრივად დამოკიდებულია სტიმულის ინტენსივობის ლოგარითმზე.
ისტორია
1834 წლიდან ჩატარებული ექსპერიმენტების სერიაში ერნსტ ვებერმა აჩვენა, რომ ახალი სტიმულის შეგრძნებები განსხვავდებიან წინა სტიმულით აღგზნებული შეგრძნებებისგან, თუ ახალი სტიმულის ინტენსივობა განსხვავდება წინას ინტენსივობისაგან არა არითმეტიკით, არამედ გეომეტრიული პროგრესია. ასე რომ, იმისთვის, რომ ადამიანმა ფიზიოლოგიურად აღიქვას მასით განსხვავებული, მათი მასები უნდა განსხვავდებოდეს სულ მცირე „ერთი ობიექტის მასის ამათი წილადით“ (დაახლოებით 1/30), და არა „ ამდენი გრამით“. ორი სინათლის წყაროს სიკაშკაშის მიხედვით რომ განასხვავოს, აუცილებელია, რომ მათი სიკაშკაშე განსხვავდებოდეს ერთის სიკაშკაშის გარკვეული წილადით (დაახლოებით 1/100) და არა ამდენი ლუმენით და ა.შ. ამ შემთხვევაში, თანაფარდობა სტიმულის სიძლიერის მინიმალური ზრდა, რომელიც პირველად იწვევს ახალ შეგრძნებებს, სტიმულის საწყის მნიშვნელობამდე დაახლოებით მუდმივია.

მე-20 საუკუნეში სტივენსმა შეიმუშავა ძალაუფლების კანონის თეორია, რომლის მიხედვითაც ვებერ-ფეხნერის კანონი მოქმედებს მხოლოდ გარკვეული მოდალობის შეგრძნების საშუალო მნიშვნელობებისთვის. თუმცა, არაერთმა ავტორმა გააკრიტიკა მისი თეორია, მათ შორის სტივენსის მიერ შეგროვებულ მონაცემებზე დაყრდნობით, და ამ დროისთვის არ არსებობს კონსენსუსი ამ თეორიის სისწორეზე.
მათემატიკური ფორმა
ვებერის დაკვირვებებზე დაყრდნობით, გუსტავ ფეხნერმა 1860 წელს ჩამოაყალიბა აღქმის „ძირითადი ფსიქოფიზიკური კანონი“, დაადგინა ლოგარითმული კავშირი სტიმულის ინტენსივობასა და სუბიექტური შეგრძნების სიდიდეს შორის: , ადაც  — შეგრძნების სუბიექტური სიდიდე,  — სტიმულის (სტიმულის) სიდიდე (ინტენსივობა),  და  — მუდმივები. თუ კანონი გრაფიკულად არის წარმოდგენილი, მაშინ ლოგარითმული მრუდი მიისწრაფვის იმ ფართობისკენ, რომელიც ახასიათებს პიროვნების ადაპტაციას სტიმულის გავლენისადმი. ფიზიოლოგიაში ეს არის ბარიერის კონცეფცია (მაგალითად, ტკივილი, თუ ვსაუბრობთ მტკივნეულ ეფექტებზე), როდესაც სტიმულის სიდიდის ცვლილება აღარ იწვევს ამ ცვლილების ადეკვატურ შეფასებას - ეს პრაქტიკულად არ შეინიშნება. .
კანონი მოქმედებს ნებისმიერ სტიმულზე - ხმაზე, სინათლეზე, ტემპერატურაზე, გემოზე და ა.შ.
                                                                     არათანაბარი შუქი ფანჯრიდან.
იგივე შუქი, გადანაწილებული პრიზმული ფილებით ფანჯარაში.
სინათლის დონეების ლოგარითმული აღქმის გამო, თუ სინათლე გადანაწილდება ოთახის ყველაზე კაშკაშა ნაწილებიდან ყველაზე ბნელამდე, ოთახი მთლიანობაში უფრო კაშკაშა ჩანს და მეტი სივრცე შეიძლება მიეცეს სასარგებლო და კომფორტული განათების დონეს.

შედეგები
რვა ნათურიანი ჭაღი ისევე უფრო კაშკაშა ჩანს, ვიდრე ოთხი ნათურიანი ჭაღი, როგორც ოთხი ნათურიანი ჭაღი, ვიდრე ორი ნათურიანი ჭაღი. ანუ, ნათურების რაოდენობა უნდა გაიზარდოს იმდენივეჯერ, ისე რომ ჩანდეს, რომ სიკაშკაშის ზრდა მუდმივია. პირიქით, თუ აბსოლუტური სიკაშკაშის მომატება (განსხვავება სიკაშკაშის "შემდეგ" და "ადრე") მუდმივია, მაშინ აბსოლუტური მომატება მცირდება როგორც თავად სიკაშკაშის მნიშვნელობა იზრდება. მაგალითად, თუ ორი ნათურის ჭაღს დაამატებთ ერთ ნათურას, სიკაშკაშის აშკარა ზრდა მნიშვნელოვანი იქნება. თუ 12 ნათურის ჭაღს დაუმატებთ ერთ ნათურას, სიკაშკაშის მატება თითქმის შეუმჩნეველია. მაგნიტუდის მასშტაბი ემყარება ამ პრინციპს.

აკუსტიკაში, ხმამაღალი, როგორც ხმის სიძლიერის სუბიექტური შეგრძნების საზომი, განისაზღვრება ლოგარითმული მასშტაბით დეციბელების რაოდენობით.
იხ. ვიდეო - Weber- Fechner's Law Explained


თავისუფალი რადიკალები

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                 თავისუფალი რადიკალები
სტაბილური ტრიფენილმეთილის რადიკალი

ქიმიაში თავისუფალი რადიკალები არის ნაწილაკები, რომლებიც შეიცავს ერთ ან მეტ დაუწყვილებელ ელექტრონს გარე ელექტრონულ გარსში. თავისუფალი რადიკალები მოდის მყარი, თხევადი და აირისებრი ფორმით და შეიძლება არსებობდეს ძალიან მოკლე დროიდან (წამის ფრაქციები) ძალიან დიდ დრომდე (რამდენიმე წლამდე). რადიკალები შეიძლება იყოს არა მხოლოდ ნეიტრალური, არამედ იონური (რადიკალური იონები) და ასევე ჰქონდეთ ერთზე მეტი დაუწყვილებელი ელექტრონი (როგორც, მაგალითად, ბირადიკალებს). თავისუფალი რადიკალები პარამაგნიტურია და მაღალი რეაქტიული სახეობებია.
იხ. ვიდეო - თავისუფალი რადიკალები და ანტიოქსიდანტები
თავისუფალი რადიკალების არსებობა ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში იყო. 1849 წელს ინგლისელმა ქიმიკოსმა ედუარდ ფრანკლენდმა მიიღო ბუტანი თუთიით იოდოეთანის გაცხელებით და თვლიდა, რომ ეს იყო ეთილის რადიკალი.



 ანალოგიური შეცდომა დაუშვა გერმანელმა ქიმიკოსმა ჰერმან კოლბემ, რომელიც ეთანი მეთილის რადიკალში შეცდა.
ამერიკელმა ქიმიკოსმა მოსე გომბერგმა პირველმა აღმოაჩინა თავისუფალი რადიკალები ხსნარში. 1900 წელს მან აღმოაჩინა ტრიფენილმეთილის რადიკალი, რომელიც მიღებულია ვერცხლის მოქმედებით ტრიფენილმეთილ ქლორიდზე. ამ რადიკალის არსებობის გამო ხსნარი შეღებეს ყვითლად, შემდეგ კი ამ რადიკალის დიმერის თეთრი კრისტალები ხსნარიდან დალექვა.
                                                     ტრიფენილმეთილის რადიკალის მომზადება

1929 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა ფრიდრიხ პანეთმა ამოიცნო მეთილის და ეთილის რადიკალები. ერთ-ერთ ექსპერიმენტში მან დაშალა ტეტრამეთილის ტყვია წყალბადის ნაკადში სითბოს მდგრადი მინის მილში. ამ შემთხვევაში, წარმოიქმნა მეთილის რადიკალები, რომლებიც წყალბადის დინებას მიჰყავდა შემდგომ მილის გასწვრივ, და მეტალის ტყვია, რომელიც სარკის სახით იშლება შიდა დიამეტრზე. ტეტრამეთილის ტყვიის დაშლის ადგილიდან 30 სმ-ში მილის შიგნით მდებარეობდა კიდევ ერთი წინასწარ დატანილი ტყვიის სარკე. გამვლელი მეთილის რადიკალები რეაგირებდნენ ამ ტყვიასთან, კვლავ წარმოქმნიდნენ ტეტრამეთილის ტყვიას, რომელიც კონდენსირებული იყო მცენარის ბოლოს. იმავე ექსპერიმენტმა შესაძლებელი გახადა დაშლის ადგილსა და ტყვიის სარკეს შორის მანძილის ცვალებადობით, აგრეთვე წყალბადის ნაკადის სიჩქარით, შეფასდეს რადიკალების სიცოცხლის ხანგრძლივობა. ექსპერიმენტულ პირობებში (1-2 მმ Hg-ზე) ეს იყო დაახლოებით 0,0084 წამი.
1930 წელს გ.ა.რაზუვაევმა და ვ.ნ.იპატიევმა შეისწავლეს დიმეთილმერკურიის ფოტოლიზი ნახშირბადის ტეტრაქლორიდში და დაადგინეს, რომ პროცესის დროს წარმოიქმნება ისეთი პროდუქტები, რომლებიც შეიძლება წარმოიქმნას მხოლოდ ვერცხლისწყალ-ნახშირბადის ბმის ჰომოლიტური დაშლის დროს. ეს იყო მტკიცებულება იმისა, რომ თავისუფალი რადიკალები შეიძლება არსებობდნენ ხსნარებში.
სტრუქტურა და სტაბილურობა
თავისუფალი რადიკალები იყოფა σ-ელექტრონად და π-ელექტრონად. σ-ელექტრონულ რადიკალებში დაუწყვილებელი ელექტრონი მდებარეობს σ ორბიტალში. შედეგად, ატომი დაუწყვილებელი ელექტრონით ინარჩუნებს თავის ჰიბრიდიზაციას და რადიკალს აქვს თითქმის იგივე სტრუქტურა, როგორც თავდაპირველი მოლეკულა. σ-ელექტრონის რადიკალებს მიეკუთვნება ფენილის (C6H5•), ვინილის (CH2=CH•) და ფორმილის (HC•=O) რადიკალები, აგრეთვე კარბოქსილის (CO2-•) და პირიდილის (C5H5N+•) რადიკალების იონები. ასეთ რადიკალებში დაუწყვილებელი ელექტრონი სუსტად დელოკალიზებულია. მაგალითად, ფენილის რადიკალში სპინის სიმკვრივე რადიკალ ცენტრში არის 0,9918 და მნიშვნელოვანი ურთიერთქმედება შეინიშნება მხოლოდ ორთო პროტონებთან.
π-ელექტრონულ რადიკალებში დაუწყვილებელი ელექტრონი მდებარეობს p-ორბიტალში, რის შედეგადაც რადიკალების ცენტრს აქვს sp2 ჰიბრიდიზაცია. მიმდებარე ატომები განლაგებულია ამ ორბიტალის კვანძოვან სიბრტყეში და რადიკალს აქვს ბრტყელი სამკუთხედის ან დაბალი პირამიდის ფორმა ძალიან დაბალი ინვერსიის ენერგეტიკული ბარიერით. π-ელექტრონული რადიკალები მოიცავს, მაგალითად, ალკილს, ალილის და ბენზილის რადიკალებს. მათგან მეთილის რადიკალი არის პლანური, ხოლო CF3• და C(CH3)3• რადიკალები დაბალი პირამიდებია. ამას ადასტურებს ის ფაქტი, რომ, მაგალითად, ტრიფტორმეთილის რადიკალს აქვს არანულოვანი დიპოლური მომენტი (0,43 D) .
რადიკალების სტაბილურობა განიხილება თერმოდინამიკური და კინეტიკური პოზიციებიდან, თუმცა უმეტეს შემთხვევაში ორივე ტიპის ფაქტორი ერთდროულად მოქმედებს. რადიკალების თერმოდინამიკური სტაბილურობა დაკავშირებულია იმასთან, თუ რამდენად ეფექტურად ხდება დაუწყვილებელი ელექტრონის დელოკალიზაცია, ვინაიდან დელოკალიზაცია ამცირებს თავისუფალი რადიკალის ფორმირების ენთალპიას. რადიკალის წარმოქმნის ენთალპია შეიძლება შეფასდეს ბმის დისოციაციის ენერგიიდან, რომლის რღვევა იწვევს ამ რადიკალის წარმოქმნას .
შედეგად, ალიფატური რადიკალების სერიაში თერმოდინამიკური სტაბილურობა იცვლება შემდეგნაირად:

კინეტიკური სტაბილურობა დაკავშირებულია რადიკალის რეაქტიულობასთან სხვა მოლეკულებთან და რადიკალებთან. კინეტიკურ სტაბილურობაზე, პირველ რიგში, გავლენას ახდენს ნაყარი შემცვლელების არსებობა რეაქციის ცენტრთან ახლოს. თუ სტერილური დაბრკოლებები რეაგენტის რადიკალთან მიახლოებისას საკმარისად დიდია, მაშინ ასეთი რადიკალი თავისუფალი სახით შეიძლება არსებობდეს საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში. კინეტიკურად სტაბილურ რადიკალებს ასევე უწოდებენ ხანგრძლივ .

ხანმოკლე თავისუფალი რადიკალები

ხანმოკლე თავისუფალ რადიკალებს მიეკუთვნება ისეთები, რომლებშიც ლოკალიზებულია დაუწყვილებელი ელექტრონი, ანუ რომლებსაც არ გააჩნიათ სტაბილიზაციის მექანიზმები მეზობელი ორბიტალების მონაწილეობით ან მოცულობითი შემცვლელებით დაფარვის გამო. ხანმოკლე რადიკალებია, მაგალითად, NH2·, CH3·, OH·, SiH3· და ა.შ. ასეთი რადიკალები უნდა იყოს სტაბილიზირებული ან ძლიერი გაგრილებით (თხევადი ჰელიუმი, წყალბადი, აზოტი ან არგონი), ან გალიის ეფექტის გამო, როდესაც თავისუფალი რადიკალები დაბალ ტემპერატურაზეა, ისინი გარშემორტყმულია მინისებური გამხსნელის მოლეკულებით .

მოკლევადიანი თავისუფალი რადიკალები წარმოიქმნება ნივთიერებაზე ზემოქმედებით სხვადასხვა ფიზიკური ან ქიმიური საშუალებებით. ტიპიური მაგალითია მეთილის რადიკალის წარმოქმნა ნატრიუმის აცეტატის ელექტროლიზის დროს კოლბის რეაქციის დროს.
ხანმოკლე რადიკალები ასევე წარმოიქმნება ფოტოლიზით. ამ შემთხვევაში ნივთიერების მიერ შთანთქმული კვანტის ენერგია უნდა აღემატებოდეს მისი ერთ-ერთი ქიმიური ბმის დისოციაციის ენერგიას.
ზოგიერთი ორგანული ნაერთი, შესაბამისი ბმის დაბალი დისოციაციის ენერგიით, პიროლიზის დროს იძლევა თავისუფალ რადიკალებს. ამრიგად, ორგანული პეროქსიდების გათბობა (ბენზოილის პეროქსიდი, ტერტ-ბუტილ ჰიდროპეროქსიდი, კუმილ პეროქსიდი, ტერტ-ბუტილ პეროქსიდი) იწვევს O-O ბმის ჰომოლიზურ გაყოფას და ორი რადიკალის წარმოქმნას.
გრძელვადიანი თავისუფალი რადიკალები
გრძელვადიანი თავისუფალი რადიკალები განსხვავდებიან ხანმოკლე რადიკალებისგან იმით, რომ მათში არსებული დაუწყვილებელი ელექტრონი ძლიერ დელოკალიზებულია, ხოლო რეაქციის ცენტრი გარშემორტყმულია ნაყარი შემცვლელებით, რომლებიც ქმნიან სივრცულ შეფერხებებს და ამცირებს ამ ცენტრის რეაქტიულობას . ისინი მიიღება სხვადასხვა ქიმიური რეაქციებით, მათ შორის ერთელექტრონული გადაცემის რეაქციებით და რეაქციებით რადიკალურ ცენტრზე გავლენის გარეშე .
თავისუფალი რადიკალების ამ კლასის ტიპიური წარმომადგენლები არიან არილმეთილის რადიკალები. ზოგიერთი მათგანი არის ფერადი კრისტალური ან ამორფული ნივთიერებები, სტაბილური ოთახის ტემპერატურაზე, შეიცავს დაახლოებით 6·1023 სპინი/მოლი დაუწყვილებელ ელექტრონს. მაგალითად, ეგრეთ წოდებული ინერტული რადიკალები (C6Cl5)2C•Cl, (C6Cl5)3C•, (C6Cl5)2C•C6H4OH არის ნარინჯისფერ-წითელი ფერის და დნება მაღალ ტემპერატურაზე.
ხსნარებში ეს რადიკალები წონასწორობაშია დიმერის მოლეკულებთან. ამ წონასწორობის პოზიციაზე, ანუ რადიკალისა და დიმერის თანაფარდობაზე გავლენას ახდენს ხსნარი, ასევე ელექტრონული და სივრცითი ეფექტები. თავდაპირველად ითვლებოდა, რომ დიმერებს ჰქონდათ ჰექსაარილეთანის სტრუქტურა, მაგრამ მოგვიანებით აჩვენეს, რომ მათ ჰქონდათ კვინოიდური სტრუქტურა.
ტრიარილმეთილის რადიკალების დიმერების დისოციაციის ხარისხი ბენზოლში 25 °C
რადიკალებიდისოციაციის საფეხურირადიკალებიდისოციაციის საფეხური
Ph3C2трет-Bu(п-PhC6H4)2C74
(п-PhC6H4)Ph2C15(Ph2C=CH)Ph2C80
(β-C10H7)3C24(п-PhC6H4)3C100
(α-C10H7)Ph2C60(Ph3C)Ph2C100
აროქსილის რადიკალები ასევე დიდხანს ცოცხლობენ, თუმცა ისინი სწრაფად რეაგირებენ ჟანგბადთან, ამიტომ მათთან მუშაობისთვის საჭიროა ინერტული ატმოსფერო ან ვაკუუმი. ისინი წარმოიქმნება შუამავლების სახით ფენოლების დაჟანგვის პროცესში. გალვინოქსილის რადიკალი მფ-ით იზოლირებული იყო მისი სუფთა სახით. 158 °C და ინდოფენოქსილის რადიკალი მფ. 136 °C.
                                                                            გალვინოქსილის რადიკალი

                                                                         ინდოფენოქსილის რადიკალი
არსებობს მთელი რიგი გრძელვადიანი რადიკალები, რომელთა რადიკალური ცენტრი მდებარეობს აზოტის ატომზე. ამრიგად, ამინილის რადიკალები, სტაბილური 25 °C ტემპერატურაზე, მიიღება მეორადი ამინების დაჟანგვით. განსაკუთრებით სტაბილურია ვერდაზილის რადიკალები, რომლებიც ყველაზე სტაბილურ ორგანულ პარამაგნიტებს შორის არიან. მათი ნახევარგამოყოფის პერიოდი ჰაერში ოთახის ტემპერატურაზე შეიძლება იყოს მრავალი წელი.
                                       1,3,6,8-ტეტრა-ტერტ-ბუტილ-9-კარბაზილის რადიკალი მ.პ. 145 °C
ნიტროქსილის რადიკალები აგებულებით მსგავსია ამინ ოქსიდებთან. მათში რადიკალური ცენტრი მდებარეობს აზოტის ატომთან დაკავშირებულ ჟანგბადის ატომზე. ზოგიერთი ნიტროქსილის რადიკალი ძალიან სტაბილურია, მიუხედავად იმისა, რომ მათში არსებული დაუწყვილებელი ელექტრონი არ განიცდის დელოკალიზაციას. ასეთი სტაბილური რადიკალის ცნობილი მაგალითია მუქი წითელი 2,2,6,6-ტეტრამეთილპიპერიდინ-1-ოქსილი (TEMPO) მ.პ. 38 °C. თუმცა არის სხვა სტრუქტურები, სადაც დაუწყვილებელი ელექტრონის დელოკალიზაცია კარგად არის გამოხატული და რეაქციის ცენტრი გარშემორტყმულია ნაყარი შემცვლელებით .
იმინოქსილის რადიკალებს აქვთ ზოგადი ფორმულა RR'C=NO•. ორმაგი ბმის არსებობის გამო, ისინი შეიძლება არსებობდნენ ცის და ტრანს იზომერების სახით
ქიმიური თვისებები
იმის გამო, რომ თავისუფალ რადიკალებს აქვთ დაუწყვილებელი ელექტრონი, ისინი ავლენენ დამახასიათებელ ქიმიურ თვისებებს. ამრიგად, ისინი რეაგირებენ სხვა ნაწილაკებთან, რომლებიც შეიცავს დაუწყვილებელ ელექტრონს: თავისუფალ რადიკალებს (მათ შორის რეკომბინაციას საკუთარ თავთან), ლითონებთან და მოლეკულურ ჟანგბადთან.
თავისუფალ რადიკალებს ასევე შეუძლიათ რეაგირება ნაერთებთან, რომლებიც ადვილად იშლება ატომებად.
ერთ რადიკალს შეუძლია წყალბადის ატომის აბსტრაქცია მეორე რადიკალისგან: ამ შემთხვევაში ხდება დისპროპორციულობა (წარმოიქმნება ერთი გაჯერებული და ერთი უჯერი ნაერთი) და სისტემაში რადიკალების საერთო რაოდენობა მცირდება.
ასევე არსებობს რეაქციები რადიკალური ცენტრის გადაცემით, რომლის დროსაც დაუწყვილებელი ელექტრონი, წყალბადის აბსტრაქციის ან ორმაგ ბმაში რადიკალის დამატების შედეგად, მთავრდება სხვა ნაწილაკზე.
ასევე არის რეაქციები, რომლებიც დამატების საპირისპიროა, როდესაც რადიკალები იშლება β-პოზიციაში ბმის გაწყვეტით. ასეთი ფრაგმენტაცია განსაკუთრებით დამახასიათებელია ალკოქსი რადიკალებისთვის, რომლებიც, რამდენიმე დაშლის ბილიკის არსებობისას, უპირატესობას ანიჭებენ ისეთს, რომელიც წარმოქმნის უფრო სტაბილურ ალკილის რადიკალს.

თავისუფალ რადიკალებს ახასიათებთ გადაწყობის რეაქციები, მაგრამ რადიკალების შემთხვევაში წყალბადის ატომები და ალკილის ჯგუფები იშვიათად მიგრირებენ (განსხვავებით კარბოკაციონების გადაწყობისგან). გაცილებით ხშირია ფენილის ჯგუფის ან ჰალოგენის ატომების მიგრაცია

.გამოვლენა და ანალიზი


მეთილის რადიკალის სიმულირებული EPR სპექტრი

თავისუფალი რადიკალები გამოვლენილია მათი პარამაგნიტური თვისებების გამო. ამ მიზნით ძირითადად გამოიყენება ელექტრონული პარამაგნიტური რეზონანსის მეთოდი (EPR). EPR სპექტრები შესაძლებელს ხდის არა მხოლოდ თავისუფალი რადიკალების აღმოჩენას, არამედ ინფორმაციის მოპოვებას მათი სტრუქტურისა და დაუწყვილებელი ელექტრონის დელოკალიზაციის ხარისხის შესახებ. ამისათვის გამოიყენება ორი პარამეტრი: g-ფაქტორი და ჰიპერწვრილი გაყოფის მუდმივი. პირველი მათგანი არის ქიმიური ცვლის ანალოგი NMR სპექტროსკოპიაში.

ჰიპერწვრილი გაყოფა ხდება დაუწყვილებელი ელექტრონის რადიკალის მაგნიტურ ბირთვებთან ურთიერთქმედების გამო. თუ ელექტრონი ურთიერთქმედებს ბირთვთან, რომელსაც აქვს სპინის ნომერი I, მაშინ გაყოფის შედეგად ჩნდება 2I+1 წრფე. თუ არსებობს რამდენიმე ასეთი ბირთვი, მაგალითად, n, მაშინ წრფეების რაოდენობა ხდება 2nI+1-ის ტოლი. პროტონს აქვს სპინის რიცხვი +½, ამიტომ n ეკვივალენტური პროტონი ყოფს EPR სპექტრის ხაზს n+1 ხაზებად. ამ ხაზების ფარდობითი ინტენსივობა შეესაბამება ბინომიურ კოეფიციენტებს.

ტრიფენილმეთილის რადიკალის სპექტრი კიდევ უფრო რთულია, რადგან იქ დაუწყვილებელი ელექტრონი ურთიერთქმედებს 6 ეკვივალენტურ პროტონთან ორთო პოზიციაში, 6 ეკვივალენტურ პროტონთან მეტა პოზიციაში და 3 ეკვივალენტურ პროტონთან პარა პოზიციაში. ამ შემთხვევაში, ეკვივალენტური პროტონების თითოეული ჯგუფიდან ხაზების რაოდენობა უნდა გამრავლდეს, ამიტომ ხაზების ჯამური რაოდენობა ამ კატიონის EPR სპექტრში არის 7·7·4 = 196. რთული რადიკალების სპექტრების გაშიფვრა ხდება თეორიული გაანგარიშებით. სპექტრები და მათი შედარება ექსპერიმენტულებთან .

              Дифенилпикрилгидразильный радикал

თავისუფალი რადიკალების კონცენტრაცია ნიმუშში განისაზღვრება სტანდარტის სპექტრის და ტესტის ნიმუშის სპექტრის ერთდროულად ჩაწერით. შემდეგ სიგნალის ინტენსივობა შედარებულია. სტანდარტად ხშირად გამოიყენება დიფენილპიკრილჰიდრაზილის რადიკალი Ph2N-N•-C6H2(NO2)3. იგივე რადიკალი, რომელსაც აქვს მუქი მეწამული ფერი, შესაძლებელს ხდის დინამიკაში რადიკალების წარმოქმნისა და მოხმარების მონიტორინგს, ვინაიდან სხვა რადიკალებთან ურთიერთქმედებისას ფერი იცვლება ყვითლად ან ქრება .

კომპლექსური თავისუფალი რადიკალები შესწავლილია ელექტრონულ-ბირთვული ორმაგი რეზონანსის (ENDOR) და ქიმიური ბირთვული პოლარიზაციის მეთოდების გამოყენებით. თუ თავისუფალი რადიკალის კონცენტრაცია ხსნარში საკმარისია, მისი შესწავლა შესაძლებელია NMR-ით

გამოყენება

გრძელვადიანი თავისუფალი რადიკალები გამოიყენება როგორც სტაბილიზატორები, რომლებიც ხელს უშლიან ჟანგვის და პოლიმერიზაციის პროცესებს: კერძოდ, ისინი ასტაბილურებენ აკრილონიტრილს, ვინილის აცეტატს, ვინილიდენ ქლორიდს, სტირონს, ფურფურალს, ცხიმებსა და ზეთებს. მოლეკულურ ბიოლოგიაში ისინი გამოიყენება როგორც სპინ ლეიბლი. ისინი ასევე გამოიყენება ფოტოგრაფიული მასალების, პოლიმერული საფარების, ხელსაწყოების დამზადებაში, გეოფიზიკასა და ხარვეზების გამოვლენაში.


ხანმოკლე რადიკალები ბუნებაში გვხვდება, როგორც შუალედური სახეობები სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციებში, როგორიცაა რადიკალური ჰალოგენაცია.


თავისუფალი რადიკალები ასევე წარმოიქმნება ადამიანის ორგანიზმში ნორმალური ცხოვრებისეული საქმიანობის დროს: პროსტაგლანდინების ბიოსინთეზის დროს, მიტოქონდრიისა და ფაგოციტების მუშაობაში. დაბერების პროცესი დაკავშირებულია ორგანიზმში რადიკალების წარმოქმნასთან.

воскресенье, 22 сентября 2024 г.

მსოფლიოს გარშემო 80 დღეში (ტელესერიალი, 2021)

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

მსოფლიოს გარშემო 80 დღეში(ტელესერიალი, 2021)
მსოფლიოს გარშემო 80 დღეში არის სატელევიზიო სერიალი, რომელიც დაფუძნებულია ფრანგი მწერლის ჟიულ ვერნის ამავე სახელწოდების რომანზე. მთავარ როლებს დევიდ ტენანტი, ლეონი ბენესი და იბრაჰიმ კომა ასრულებენ.

რვა ეპიზოდიანი სატელევიზიო სერიალის პრემიერა შედგა დიდ ბრიტანეთში 2021 წლის 26 დეკემბერს BBC One-ზე, ხოლო აშშ-ში 2022 წლის 2 იანვარს PBS-ზე. სატელევიზიო სერიალის ოფიციალური პრემიერა რუსეთში შედგა 2022 წლის 1 იანვარს პირველ არხზე.

2021 წლის 29 ნოემბერს, ჯერ კიდევ პირველი სეზონის პრემიერამდე, სერიალი განახლდა მეორე სეზონით. იხ. ბმულზე ფილმი რუსულ  ენაზე
სიუჟეტი
ჯენტლმენი, სახელად ფილეას ფოგი, დებს ფსონს 20000 ფუნტ სტერლინგზე, რომ მას შეუძლია მსოფლიოს გარშემო 80 დღეში მოგზაურობა. მოგზაურობაში მას თან ახლავს მისი მსახური პასპარტუ და Daily Telegraph-ის ჟურნალისტი აბიგაილ ფიქსი.

როლებში
მსახიობის როლი
დევიდ ტენანტი ფილეას ფოგი
ლეონი ბენესი აბიგაილ ფიქსი
Ibrahim Koma Passepartout
პიტერ სალივანი ნაილ ბელამი
შივანი გაი ოდჰის პრინცესა
ენტონი ფლენეგანი თომას ნედლინგი
ეპიზოდები
სათაური დირექტორი სცენარის ავტორი პრემიერის თარიღი დიდ ბრიტანეთში მაყურებელი
(მილიონი)
1 "ეპიზოდი 1"
"ეპიზოდი 1" სტივ ბარონი ეშლი ფაროა, კალებ რანსონი, 2021 წლის 26 დეკემბერი
2 "ეპიზოდი 2"
"ეპიზოდი 2" სტივ ბარონი ეშლი ფაროა, კალებ რანსონი, 26 დეკემბერი, 2021 წ.
3 "ეპიზოდი 3"
"ეპიზოდი 3" სტივ ბარონი ეშლი ფარაო, 2 იანვარი, 2022 წ.
4 "ეპიზოდი 4"
"ეპიზოდი 4" სტივ ბარონი ეშლი ფარაო, 2 იანვარი, 2022 წ.
5 "ეპიზოდი 5"
"ეპიზოდი 5" ბრაიან კელი ეშლი ფაროა, ჯესიკა რასტონი, დები ო'მალი 9 იანვარი, 2022 წ.
6 "ეპიზოდი 6"
"ეპიზოდი 6" სტივ ბარონი პიტერ მაკკენა, 16 იანვარი, 2022 წ.
7 "ეპიზოდი 7"
"ეპიზოდი 7" სტივ ბარონი სტივენ გრინჰორნი 2022 წლის 23 იანვარი ნ/ა
8 "ეპიზოდი 8"
"ეპიზოდი 8" სტივ ბარონი ეშლი ფარაო, 2022 წლის 30 იანვარი n/a
წარმოება
სერიალის გადაღებები სამხრეთ აფრიკასა და რუმინეთში მიმდინარეობდა. 2020 წლის მარტში წარმოება შეჩერდა COVID-19 პანდემიის გამო, მაგრამ გადაღებები განახლდა იმავე წლის ოქტომბერში.

კრიტიკოსების რეიტინგი
Rotten Tomatoes-ზე, სატელევიზიო სერიალის პირველ სეზონს აქვს რეიტინგი 77%, კრიტიკოსების 13 მიმოხილვის საფუძველზე, საშუალო ქულით 6.1 10-დან.

Metacritic-ზე, სატელევიზიო სერიალის პირველ სეზონს აქვს რეიტინგი 100-დან 61, კრიტიკოსების 15 მიმოხილვის საფუძველზე, რაც მიუთითებს "ზოგადად ხელსაყრელ მიმოხილვებზე".
იხ. ვიდეო - Around the World in 80 Days 🌍 Trailer 🌏 BBC


უძველესი უცხოპლანეტელები (სერიალი)

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -   უძველესი უცხოპლანეტელები (სერიალი) ინგლ. Ancient Aliens Ancient Aliens არის ამერიკული...