Δημήτριο είναι ο αδιαμφισβήτητος «μεγάλος αδελφός» στη μεγάλη οικογένεια των σπάνιων γαιών. Πρώτον, η συνολική αφθονία σπάνιων γαιών στον φλοιό είναι 238 ppm, με το δημήτριο να βρίσκεται στα 68 ppm, αντιπροσωπεύοντας το 28% της συνολικής σύνθεσης των σπάνιων γαιών και κατατάσσεται στην πρώτη θέση. Δεύτερον, το δημήτριο είναι το δεύτερο στοιχείο σπάνιων γαιών που ανακαλύφθηκε εννέα χρόνια μετά την ανακάλυψη του υττρίου (1794). Η εφαρμογή του είναι πολύ εκτεταμένη και το «δημήτριο» είναι ασταμάτητο.
Η ανακάλυψη του στοιχείου δημήτριο
Καρλ Άουερ φον Βέλσμπαχ
Το δημήτριο ανακαλύφθηκε και ονομάστηκε το 1803 από τον Γερμανό Kloppers, τον Σουηδό χημικό Jöns Jakob Berzelius και τον Σουηδό ορυκτολόγο Wilhelm Hisinger. Ονομάζεται δημήτριο και το μετάλλευμά του ονομάζεται κερίτης, στη μνήμη της Δήμητρας, ενός αστεροειδούς που ανακαλύφθηκε το 1801. Στην πραγματικότητα, αυτός ο τύπος πυριτικού δημητρίου είναι ένα ένυδρο άλας που περιέχει 66% έως 70% δημήτριο, ενώ τα υπόλοιπα είναι ενώσεις ασβεστίου, σιδήρου καιύττριο.
Η πρώτη χρήση του δημητρίου ήταν ένα τζάκι αερίου που εφευρέθηκε από τον Αυστριακό χημικό Carl Auer von Welsbach. Το 1885, επιχείρησε ένα μείγμα μαγνησίου, λανθανίου και οξειδίου του υττρίου, αλλά αυτά τα μείγματα εξέπεμψαν πράσινο φως χωρίς επιτυχία.
Το 1891, διαπίστωσε ότι το καθαρό οξείδιο του θορίου παρήγαγε καλύτερο φως, αν και ήταν μπλε, και αναμεμειγμένο με οξείδιο του δημητρίου(IV) για να παράγει ένα φωτεινό λευκό φως. Επιπλέον, το οξείδιο του δημητρίου(IV) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης για την καύση οξειδίου του θορίου.
Μέταλλο δημήτριο
★ Το δημήτριο είναι ένα όλκιμο και μαλακό ασημί λευκό μέταλλο με ενεργές ιδιότητες. Όταν εκτίθεται στον αέρα, οξειδώνεται, σχηματίζοντας ένα στρώμα οξειδίου που ξεφλουδίζει σαν σκουριά. Όταν θερμαίνεται, καίγεται και αντιδρά γρήγορα με το νερό. Ένα δείγμα μετάλλου δημητρίου μεγέθους εκατοστού διαβρώνεται πλήρως μέσα σε περίπου ένα χρόνο. Αποφύγετε την επαφή με τον αέρα, ισχυρά οξειδωτικά, ισχυρά οξέα και αλογόνα.
★ Το δημήτριο υπάρχει κυρίως στον μοναζίτη και τον μπαστνεσίτη, καθώς και σε προϊόντα σχάσης ουρανίου, θορίου και πλουτωνίου. Επιβλαβές για το περιβάλλον, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στη ρύπανση των υδάτινων σωμάτων.
★ Το δημήτριο είναι το 26ο πιο άφθονο στοιχείο, αντιπροσωπεύοντας 68 ppm του φλοιού της Γης, δεύτερο μόνο μετά τον χαλκό (68 ppm). Το δημήτριο είναι πιο άφθονο από τα συνηθισμένα μέταλλα όπως ο μόλυβδος (13 ppm) και ο κασσίτερος (2,1 ppm).
Διαμόρφωση ηλεκτρονίων δημητρίου
Ηλεκτρονικές ρυθμίσεις:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f1 5d1
★ Το δημήτριο βρίσκεται μετά το λανθάνιο και έχει 4f ηλεκτρόνια που ξεκινούν από το δημήτριο, γεγονός που διευκολύνει τη συμμετοχή του σε χημικές αντιδράσεις. Ωστόσο, το 5d τροχιακό του δημητρίου είναι κατειλημμένο και αυτό το φαινόμενο δεν είναι αρκετά ισχυρό στο δημήτριο.
★ Οι περισσότερες λανθανίδες μπορούν να χρησιμοποιήσουν μόνο τρία ηλεκτρόνια ως ηλεκτρόνια σθένους, με εξαίρεση το δημήτριο, το οποίο έχει μεταβλητή ηλεκτρονική δομή. Η ενέργεια των ηλεκτρονίων 4f είναι σχεδόν η ίδια με αυτή των εξωτερικών ηλεκτρονίων 5d και 6s που βρίσκονται σε μεταλλική κατάσταση και απαιτείται μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας για να αλλάξει η σχετική κατάληψη αυτών των ηλεκτρονικών ενεργειακών επιπέδων, με αποτέλεσμα το διπλό σθένος +3 και +4. Η κανονική κατάσταση είναι σθένος +3, που δείχνει σθένος +4 σε αναερόβιο νερό.
Εφαρμογή δημητρίου
★ Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο κράματος και για την παραγωγή αλάτων δημητρίου κ.λπ.
★ Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο γυαλιού για την απορρόφηση υπεριωδών και υπέρυθρων ακτίνων και χρησιμοποιείται ευρέως σε γυαλί αυτοκινήτων.
★ Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εξαιρετικό υλικό προστασίας του περιβάλλοντος και σήμερα το πιο αντιπροσωπευτικό είναι ο καταλύτης καθαρισμού καυσαερίων αυτοκινήτων, ο οποίος αποτρέπει αποτελεσματικά την εκκένωση μεγάλης ποσότητας καυσαερίων αυτοκινήτων στον αέρα.
★ Φωςστοιχεία σπάνιων γαιώναποτελούνται κυρίως από δημήτριο ως ρυθμιστές ανάπτυξης των φυτών και μπορούν να βελτιώσουν την ποιότητα των καλλιεργειών, να αυξήσουν την απόδοση και να ενισχύσουν την αντοχή των καλλιεργειών στο στρες.
★ Το θειούχο δημήτριο μπορεί να αντικαταστήσει μέταλλα όπως ο μόλυβδος και το κάδμιο που είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και τον άνθρωπο σε χρωστικές ουσίες, μπορεί να χρωματίσει πλαστικά και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανίες επιστρώσεων και μελανιών.
★Οξείδιο του δημητρίου (IV)μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως στίλβωση, για παράδειγμα, στη χημικο-μηχανική στίλβωση (CMP).
★ Το δημήτριο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως υλικό αποθήκευσης υδρογόνου, θερμοηλεκτρικά υλικά, ηλεκτρόδια βολφραμίου δημητρίου, κεραμικός πυκνωτής, πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, λειαντικά καρβιδίου του πυριτίου δημητρίου, πρώτες ύλες κυψελών καυσίμου, καταλύτες βενζίνης, μόνιμα μαγνητικά υλικά, ιατρικά υλικά, διάφορα κράματα χάλυβα και μη σιδηρούχα μέταλλα.
Ώρα δημοσίευσης: 03 Ιουλίου 2023