ธาตุหายาก

ธาตุหายาก (REEs) หรือ ธาตุแรร์เอิร์ท หมายถึง ธาตุทั้ง 17 ธาตุซึ่งเป็นธาตุทุกธาตุในหมู่แลนทาไนด์ทั้ง 15 ธาตุ รวมถึงสแกนเดียมและอิตเทรียม  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 

 พ.ศ. 2330: การค้นพบ 
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 
ตารางด้านล่างแสดงชื่อ มวลอะตอม รากศัพท์ และการนำไปใช้ของธาตุหายากทั้ง 17 ธาตุหายากบางธาตุได้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบธาตุนั้นๆ หรือสถานที่ที่ค้นพบธาตุนั้นๆ

{| class="wikitable sortable"
|-
!Z
!สัญลักษณ์
!ชื่อ
! class="unsortable"|รากศัพท์
! class="unsortable"|การนำไปใช้
|-
|21
|Sc
|สแกนเดียม
|ตามคำละตินว่า สแกนเดีย (สแกนดิเนเวีย) สถานที่ที่ธาตุหายากชนิดแรกถูกค้นพบ.
| อัลลอยอะลูมิเนียม-สแกนเดียมเบาซึ่งทำเป็นชิ้นส่วนของอากาศยาน, ถูกเพิ่มใส่ โคมไฟโลหะแฮไลด์ และ หลอดไฟไอปรอท,<ref name="CRC_ed89_elements">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.</ref> ซึ่งถ้าเป็นกัมมันตรังสีก็ใช้ติดตามในโรงกลั่นน้ำมัน
|-
|39
|Y
|อิตเทรียม
|ตามหมู่บ้าน Ytterby, Sweden, สถานที่ที่ค้นพบธาตุหายากชนิดแรก.
|เลเซอร์โกเมนอะลูมิเนียม-อิตเทรียม (YAG) , อิตเทรียมวานาเดต (YVO4) ใช้เป็นตัวนำของยูโรเพียมในทีวีเรืองแสงสีแดง, YBCO เป็นตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง,  โกเมนอิตเทรียมเหล็ก (YIG) ตัวกรองไมโครเวฟ, ในหลอดไฟประหยัดพลังงาน,Energy-efficient light bulbs containing yttrium 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 
ตัวย่อที่ใช้บ่อยคือ
 RE = หายาก
 REM = โลหะหายาก
 REE = ธาตุหายาก
 REO = ออกไซด์หายาก
 REY = ธาตุหายากและอิตเทรียม
 LREE = ธาตุหายากเบา (La Ce Pr Nd Pm Sm Eu และ Gd รู้จักในชื่อของกลุ่มซีเรียม) Gschneidner, Karl A., Jr. 1966. |title=Rare Earths-The Fraternal Fifteen. Washington, DC, U.S. atomic Energy Commission, Divisions of Technical Information, 42 pages.
 HREE = ธาตุหายากหนัก (Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu และ Y รู้จักในชื่อของกลุ่มอิตเทรียม) 
 ดูเพิ่ม 
 ธาตุหมู่ 3
 KREEP
 แร่หายาก
 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

Rare earths mining: China's 21st Century gold rush, BBC News June 2010 infographic examining China's role in the rare earths market.
Rare Earth Elements in National Defense: Background, Oversight Issues, and Options for Congress  Congressional Research Service, March 31, 2011.
Digging for rare earths: The mines where iPhones are born | Apple - CNET News, September 26, 2012
Khan, Malek; Lundmark, Martin; Hellström, Jerker "Rare Earth Elements and Europe’s Dependence on China"  in Strategic Outlook 2013'', Swedish Defence Research Agency (FOI), June 2013, pp.93-98.
Terra Rara: The strange story of some political elements  Prof Andrea Sella, Royal Institution filmed event, 31 May 2013

หมวดหมู่:หมุ่ธาตุเคมี
หมวดหมู่:ธาตุโลหะ