Đất hiếm

Các nguyên tố đất hiếm và các kim loại đất hiếm, theo IUPAC là tập hợp của mười bảy nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn của Mendeleev, có tên gọi là scandi, yttri và mười lăm nguyên tố của nhóm Lantan và trái ngược với tên gọi (loại trừ promethi), có hàm lượng lớn trong Trái Đất. Người ta có thể tìm thấy các nguyên tố đất hiếm ở trong các lớp trầm tích, các mỏ quặng và cát đen. Nhóm đất hiếm thường không có tên trong sự sắp xếp khoa học. Tuy vậy, đất hiếm vẫn được tổ chức USPTO sắp xếp vào dạng hợp kim và các hợp chất khác, chính xác là nam châm đất hiếm từ các dạng khác nhau của nam châm.
17 nguyên tố đất hiếm là xeri (Ce), dysprosi (Dy), erbi (Er), europi (Eu), gadolini (Gd), holmi (Ho), lantan (La), luteti (Lu), neodymi (Nd), praseodymi (Pr), promethi (Pm), samari (Sm), scandi (Sc), terbium (Tb), thuli (Tm), ytterbi (Yb) và yttri (Y).
Mặc dù mang tên là hiếm, các nguyên tố đất hiếm - ngoại trừ promethi có tính phóng xạ - là tương đối dồi dào trong lớp vỏ Trái đất, với xeri là nguyên tố phổ biến thứ 25 với 68 phần triệu, nhiều hơn cả đồng. Tuy nhiên, do đặc tính địa hóa của chúng, các nguyên tố đất hiếm thường phân tán và không thường được tìm thấy tập trung trong các khoáng vật đất hiếm; kết quả là các kho quặng đất hiếm mà có thể khai thác kinh tế là ít phổ biến hơn. Khoáng vật đất hiếm đầu tiên được phát hiện (1787) là gadolinit, một khoáng chất bao gồm xeri, yttri, sắt, silic và các nguyên tố khác. Khoáng chất này được khai thác từ một mỏ ở làng Ytterby ở Thụy Điển; bốn trong số các nguyên tố đất hiếm có tên bắt nguồn từ tên địa điểm này.

Khám phá và lịch sử ban đầu

Nguyên tố đất hiếm đầu tiên được phát hiện là khoáng vật đen "ytterbite" (được đổi tên thành gadolinite vào năm 1800). Nó được phát hiện bởi Trung úy Carl Axel Arrhenius vào năm 1787 tại một mỏ đá ở làng Ytterby, Thụy Điển.
Khoáng vật "Ytterbite" của Arrhenius đã tới tay Johan Gadolin, một giáo sư của Học viện Hoàng gia Turku, và phân tích của ông đã thu được một oxit không xác định (đất) mà ông gọi là yttria. Anders Gustav Ekeberg đã phân lập berylli từ gadolinite nhưng không nhận ra các nguyên tố khác chứa trong quặng này. Sau phát hiện này vào năm 1794, một khoáng chất từ Bastnäs gần Riddarhyttan, Thụy Điển, được cho là một khoáng chất vonfram sắt, đã được Jöns Jacob Berzelius và Wilhelm Hisinger kiểm tra lại. Năm 1803, họ thu được một oxit trắng và gọi nó là ceria. Martin Heinrich Klaproth độc lập phát hiện ra cùng một loại oxit và gọi nó là ochroia.
Do đó, vào năm 1803, có hai nguyên tố đất hiếm được biết đến là yttri và xeri, mặc dù phải mất thêm 30 năm để các nhà nghiên cứu xác định rằng các nguyên tố khác có trong hai quặng ceria và yttria (sự giống nhau của tính chất hóa học của kim loại đất hiếm làm cho việc chia tách chúng trở nên khó khăn). 
Năm 1839, Carl Gustav Mosander, trợ lý của Berzelius, đã tách ceria bằng cách đun nóng nitrat và hòa tan sản phẩm trong axit nitric . Ông gọi oxit của muối hòa tan là lanthana. Mosander phải mất thêm ba năm để phân tách tiếp lanthana thành didymia và lanthana thuần túy. Didymia, mặc dù không thể phân tách thêm bằng các kỹ thuật của Mosander, trên thực tế vẫn là một hỗn hợp các oxit. 
Năm 1842 Mosander cũng tách yttria thành ba oxit: yttria nguyên chất, terbia và erbia (tất cả các tên đều bắt nguồn từ tên thị trấn "Ytterby"). Đất cho muối màu hồng Mosander gọi là terbium ; đất hiếm tạo ra oxit peroxide màu vàng thì ông gọi là erbium . 
Vì vậy, vào năm 1842, số lượng các nguyên tố đất hiếm được biết đến đã đạt tới sáu: yttri, cerium, lanthanum, didymium, erbium và terbium. 
Nils Johan Berlin và Marc Delafontaine cũng đã cố gắng để tách các yttria thô và tìm thấy các chất tương tự mà Mosander thu được, nhưng Berlin đặt tên (1860) chất cho màu hồng muối erbi, và Delafontaine tên chất với peroxide terbi vàng. Sự nhầm lẫn này đã dẫn đến một số tuyên bố sai lầm về các nguyên tố mới, chẳng hạn như nguyên tố mosandrium của J. Lawrence Smith, hoặc philippium và decipium của Delafontaine. Do khó khăn trong việc tách các kim loại đất hiếm (và xác định sự phân tách hoàn tất), tổng số tuyên bố khám phá sai lầm đã đạt tới hàng chục,   với một số người cho là tổng số tuyên bố khám phá sai lầm lên tới hơn một trăm.