Vzácné

Víte, co je lanthan? A co cer nebo praseodym? Pokud jste jako většina lidí, pravděpodobně teď trochu tápete. Co to tedy je? Jde o takzvané vzácné zeminy – skupinu prvků, která dohromady zahrnuje 17 chemických prvků. Každý z nich má poněkud podivné jméno a přestože žádný není příliš známý, všechny hrají klíčovou roli v současných i budoucích technologiích.

Díky svým jedinečným vlastnostem, které je dnes činí téměř nepostradatelnými, se vzácné zeminy uplatňují ve smartphonech, jaderných elektrárnách i v nejmodernější vojenské technice. Tyto kapitoly zkoumají historii těchto prvků, jejich rozmanitá využití a možný dopad, který budou mít na naši geopolitickou budoucnost.

V tomto shrnutí se mimo jiné dozvíte, proč se síranu thallnému přezdívalo „dědické prášky“, jaký význam má beryllium pro americké letectvo a proč se přístup Číny k těžbě a zpracování vzácných zemin může ukázat jako klíčový v příštích desetiletích.

Co je vzácné, je vždy otázkou kontextu a perspektivy. Například v 19. století bylo v Číně vzácné vidět někoho na bicyklu; dnes tam jezdí na kolech stovky milionů lidí a cyklisté jsou na denním pořádku.

Podobně i skutečná „vzácnost“ vzácných zemin závisí na úhlu pohledu. Označení „vzácné zeminy“ je zkratka pro skupinu 17 různých chemických prvků, z nichž mnohé mají nezvyklá a obtížně vyslovitelná jména, jako je cer, praseodym, skandium nebo yttrium. Když byly tyto prvky poprvé objeveny, lidé se domnívali, že jsou stejně vzácné jako diamanty či zlato – odtud také jejich název.

Ve skutečnosti se ale některé z těchto prvků dají nalézt téměř kdekoli v zemské kůře. Kdybyste například analyzovali náhodný vzorek půdy, pravděpodobně byste v něm našli podobné množství europia, neodymu, holmia či ytterbia jako mědi, kobaltu nebo niklu.

Problém tedy není v tom, že by vzácné zeminy byly nedostupné, ale v tom, že se vyskytují jen ve velmi malých koncentracích a je nesmírně obtížné a nákladné je z horniny oddělit. Proto tyto prvky stále považujeme za vzácné, přestože jsou doslova všude kolem nás.

Vyskytují se v tak zanedbatelných množstvích, že byste mohli zpracovat tuny a tuny horniny a získali byste jen gram, nebo dokonce pouhý miligram jednoho prvku. Abyste tedy získali dostatečné množství pro praktické využití, je nutné vytěžit a rozdrtit obrovské objemy hornin, které se pak musí složitě třídit a chemicky zpracovávat v nákladném a ve výsledku značně plýtvavém procesu.

K odstranění nežádoucích složek horniny se používají agresivní chemikálie, které navíc část cílových prvků samy zničí. To znamená, že konečný výtěžek vzácných zemin je ještě menší, než by odpovídalo jejich původnímu obsahu v hornině.

Nalezení vzácné zeminy v hrsti půdy je jako hledat jehlu v kupce sena – a není tedy divu, že jejich objev byl spíše dílem náhody než cíleného pátrání.

První takový objev se odehrál ve Švédsku na konci 18. století. Nebyl výsledkem práce vědce či geologa, ale armádního důstojníka jménem Carl Axel Arrhenius, který v lomu poblíž obce Ytterby narazil na podivnou černou horninu. Pojmenoval ji podle místa nálezu ytterbit a po třech měsících marných pokusů zjistit její složení ji předal chemikovi Johanu Gadolinovi.

Gadolin zjistil, že zhruba třetinu černé horniny tvoří dosud neznámá chemická sloučenina, kterou nazval yttria. Následující roky věnoval její podrobné analýze a postupně odhalil, že yttria je ve skutečnosti směsí několika různých prvků. Mezi nimi byl i nový prvek vázaný na atomy kyslíku, který dostal název yttrium.

Z chemického hlediska přítomnost atomů kyslíku znamenala, že yttrium se v hornině vyskytuje ve formě oxidu. Zároveň to ale znamenalo, že bude nesmírně obtížné tento prvek od kyslíku oddělit. Právě tato obtížnost byla jedním z důvodů, proč trvalo ještě celé století, než se vzácné zeminy začaly prakticky využívat.

Jiné prvky, jako například zlato, lze z oxidů oddělit poměrně jednoduše, často i mechanicky, ale u prvků typu yttria to neplatí – bylo nutné vyvinout zcela nové metody. Na počátku 20. století proto vědci zavedli postup, při němž se hornina opakovaně loužila v koncentrovaných kyselinách a zásadách. Různé roztoky umožňovaly postupně oddělovat jednotlivé prvky, až se nakonec podařilo získat čisté yttrium.

Jakmile byl tento prvek izolován, našel mimo jiné uplatnění při výrobě různých typů obrazovek – radarových displejů, televizorů i počítačových monitorů –, kde se podílí na vytváření červené složky obrazu.