Танин мэдэхүй: Газрын ховор элемент давсанд хүртэл байдаг

Шинжлэх ухааныг эсэргүүцэж, мухар сохор сүсэг бишрэлд автсан ард түмэн мөхдөг. Өнөөдөр монголчууд яг ийм дүр зурагтай амьдарч байна. Тиймээс шинжлэх ухааны талаарх мэдлэг уншигчдадаа олгох үүднээс физикийн ухааны доктор, эрдэмтэн, судлаач Н.Тэгшбаярын шинжлэх ухааны хялбаршуулсан нийтлэлээс хүргэж байна.

Юуны өмнө газрын ховор элементүүд гэхээр танд юу төсөөлөгдөж байна вэ? Тэгэхээр газрын ховор элемент гэж чухам юу вэ? Ер нь элемент гэж юу вэ гэдгийг эргээд нэг товчхон саная. Биднийг дунд сургуульд байхад химийн хичээл дээр Менделеевийн үелэх системд 118 орчим элемент байдгийг, мөн эдгээрээс 92 нь байгаль дээр дангаараа оршдог бөгөөд эдгээр элементүүдийн янз бүрийн нэгдлээс орчлон ертөнц бүхэлдээ бүрддэгийг тайлбарлаж байсан билээ.

Нарыг тойрон орших гараг, сүүлт одод, бага гарагууд. Олон янзын элементүүд үүссэний шалтгаан нь Орчлонгийн үүсэлд буй.

4.56 тэрбум жилийн өмнө нарыг тойрон хүрээлэх тоос, мананцрууд хоорондоо нийлж нэгдсэнээр дэлхий болон бусад гараг үүссэн. Тэр нийлж нэгдсэн тоос мананцрууд дунд байсан бодис, элементүүд одоо дэлхий дээр бидний эргэн тойронд, газрын гүнд оршсоор байна.

Алт, мөнгө, зэс, төмрийн хүдэр, газрын тос, очир эрдэнэс гэх мэт эдгээр бодис, элементийг хүн төрөлхтөн хөгжлийнхөө үе бүрд өөрийн хэрэгцээ шаардлагад нийцүүлэн ашигласаар ирсэн. Бүр олдохгүй бол эрж хайн, түүний төлөө хоорондоо хүртэл тэмцэлдэж байв.

Хүн төрөлхтөн зүгээр оршин байхад л хүчилтөрөгч мэтийн биднийг амьд байхад нэн шаардлагатай наад захын элемент хэрэгтэй. Насанд хүрсэн хүн өдөрт дунджаар 550 литр хүчилтөрөгчөөр амьсгалдаг. Тэгэхээр энэ цагаас эхлээд та хүний биеийг маш олон элементийн цуглуулга гэж харж болно.

Насанд хүрсэн хүний биеийн алт хүртэл орно. Тиймээс хүний биед дунджаар 0.2 мгр алт агуулагддаг. Иймээс таны эргэн тойрондоо харж бас мэдэрч болох бүх зүйлс бодисоос бүрддэг.

Бодис ба элемент гэдэг ойлголт ялгаатай юу? Элемент нь химийн ямар нэгэн урвалаар цааш задарч өөр элемент болдоггүй бол бодис нь хэд хэдэн элементийн нэгдлээр үүссэн байж болох ба мөн задарч болдог. Жишээлбэл үелэх системийн 79-д байрлах алтны атомууд хоорондоо нийлээд алтны молекулыг үүсгэдэг бол алтны молекулууд алт хэмээх бодисыг бүрдүүлнэ. Тэгэхээр алт бол үелэх системийн элемент ч мөн. Та биеийнхээ аль нэг хэсэгт гоёл чимэглэл болгоод зүүгээд явж болох бодис ч мөн. Эндээс та бодис ба элемент хоёрын ялгааг бага ч гэсэн ойлгосон байх хэмээн найдаж байна.

Эргээд үелэх систем дээрээ ирвэл энд харагдаж байгаа элементүүд бодис хэлбэрээр дэлхий даяар тархсан байх ба хэмжээ, тархац нь янз бүр байдаг. Ховорхон тааралддаг, олддоггүй элементүүдийг нь газрын ховор элемент (ГХЭ ) гэж нэрлэдэг. Мэдээж ховор зүйлийн зах зээлийн үнэ ханш өндөр байх нь тодорхой.

Газрын ховор нь дэлхийн гүнээс ундардаг халуун хайлмал маагмын идэвхжил, геологи, тектоник, маагмын процесстой нягт холбоотой үүсдэг. Сүүлийн үеийн геологийн судалгаагаар газрын ховор элементийн ордууд нь плитийн доторх тэлэлтийн (рифтийн) тектоникийн орчинд нимгэрсэн царцдасын хэмжээнд томоохон хагарал дагасан эсвэл астеносферийн цоргилтын оройн хэсэгт талсжиж байгааг тогтоосон байна.

Дмитрий Менделеев 1869 онд химийн элементүүдийг атом жингийн дарааллаар нь ангилж, төстэй шинж чанараар нь бүлгүүдэд хуваан хүснэгтэлжээ. 110 гаруй химийн элемент байгаагаас олонх нь байгаль дээр тохиолддог бөгөөд бусдыг нь лабораторид гарган авсан юм.

Газрын ховор элементүүдийн атомын бүтэц ерөнхийдөө төстэй учир химийн шинжээрээ төсөөтэй. Тогтвортой исэл, карбид, металлт бор зэрэг бүхий л нэгдэлдээ гурван валеннтай байдаг. Газрын ховор элемент агуулсан эрдэс.

Газрын ховор элементүүд гэдэгт Менделеевийн үелэх системийн 57-71 дэх дугаарт байрлах лантаноидийн бүлгийн 17 элементийг хамааруулан авч үздэг. Зарим судлаач дээрх элементүүдийг газрын ховор шороон элементүүд гэж нэрлэх тохиолдол ч байдаг.

Газрын ховор элемент агуулсан эрдсүүдийг 1778 оноос судалж эхэлсэн байх бөгөөд маш ховор тохиолддог байсан учир “ховор” гэж нэрлэж байсан хэдий ч сүүлийн үеийн геологийн судалгаагаар “ховор биш” гэдэг нь тодорхой болоод байна. Газрын ховор элементийн хэрэглээ өсөн нэмэгдэж байгаатай холбоотой энэхүү элементүүдийн ордуудыг нээж илрүүлэх, гарал үүслийг тогтоох зорилготой геологийн эрдэм шинжилгээ, судалгааны ажил сүүлийн үед дэлхийн ихэнх оронд эрчимтэй хийгдсээр байна.

Газрын ховор элемент нь давс, карбонат, исэл, фосфат болон силикат зэрэг маш олон тооны эрдсийн химийн найрлаганд ордог. Өнөөгийн байдлаар ГХЭ-ийг эл элементийг агуулж буй 200 гаруй эрдсийг олж тогтоосон байдаг ч дараах хүснэгтэд харуулсан маш цөөн тооны эрдсүүдийг олборлох нь эдийн засгийн хувьд ач холбогдолтой байдаг.

Хүснэгт-1. ГХЭ агуулсан голлох эрдсүүдийн химийн найрлага

Лити. Хүчилтөрөгч, устөрөгч, азот, фосфор, хүхэртэй нэгдэхдээ амархан. Хэт хөнгөн, бат бөх, зэврэлтэд тэсвэртэй, халуун тэсвэрлэдэг хайлшууд хийхэд хөнгөн цагаан, магни, бериллийн хамт хэрэглэдэг бөгөөд Металл лити, түүний нэгдлүүд нь пуужин, дуунаас хурдан онгоц, усан доогуур шумбагч онгоцны тусгай түлшний үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болдог.

Газрын ховор элементүүд үнэндээ тийм ч ховор биш бөгөөд Дэлхийн царцдаст харьцангуй өргөн тархсан байдаг. Харин өнгөц тархацтай тул олборлоход өндөр зардалтай учир чухам "ховор" гэгдэх болжээ.

Ухаалаг утасны бүтцэд ордог хамгийн сайн чанарын соронз бол неодим хэмээх газрын ховор элемент юм.

Сүүлийн үеийн зах зээлийн судалгаагаар энэхүү батарейн хэрэглээ ирээдүйд 70%-аар өсөхөд хүрнэ гэсэн тооцоолол байна.

Ер нь бид юуны төлөө эдгээр газрын ховор элементүүдийг эрж хайн, олборлож, өндөр үнээр худалдан аваад байгаа вэ? Мэдээж үүний цаана хэрэглээ бий. Тухайлбал 1960-аад оны дунд үеэс өнгөт телевизорын дэлгэцэд европи хэмээх элементийг ашиглаж эхэлснээр уг түүхий эдийн хэрэгцээ байнга эрчимтэй нэмэгдэх болжээ. Орчин үед өндөр технологи хөгжиж уг металлын шинэ хэрэглээний талаар нээлт гарснаар сүүлийн 20-иод жилийн дотор энэхүү элемент агуулсан бараа бүтээгдэхүүний эрэлт дэлхийн зах зээл дээр нэмэгдэж үнэ ханш өссөөр байгаа юм. Мөн ГХЭ-ийг сансрын технологи, машин үйлдвэрлэл, агаарын хөлөг онгоц үйлдвэрлэл, аж үйлдвэрийн бүтээгдэхүүн, цахилгаан техник, дахин цэнэглэдэг цэнэг хураагуур зай, гар утас, машины катализаторт ашиглах болсон.

Түүнээс гадна катализатор, агаарын бохирдлоос хамгаалах материал, гэрэлтүүлэгч самбар, оптикийн сайн чанартай шил зэргийг үйлдвэрлэхэд хэрэглэж байна. Тогтмол хүчтэй соронзон үйлдвэрлэлд ГХЭ-ийн хайлш ашигласнаар маш хүчтэй тогтмол соронзонг гаргаж авсан. Газрын ховор элементийг ашиглаж неодийн (Nd2Fe14B) ба самари-кобалтийн (SmCo5) гэсэн хоёр төрлийн соронзонг гарган авдаг. Маш хүчтэй соронзон гаргаж авч болдог тул хэмжээ нь жижгэрснээр автомашин болон цахилгаан хөдөлгүүрийн оврыг багасгаж чадсан.

Мөн байгальд ээлтэй технологи буюу бензиний хэрэглээг багасгаж чадсан. Хос хөдөлгүүр буюу гибрид мотор, мөн автомашины бусад эд ангиудад өргөнөөр ашиглаж эхэлжээ. Хос хөдөлгүүрт моторын хувьд неодим, празеодим, диспрози, терби зэрэг газрын ховор элемент цахилгаан үүсгүүр болон моторын гол эд ангийг хийхэд хэрэглэгдэж байна. Приус мэтийн хос хөдөлгүүрт машинд хэрэглэдэг гэсэн үг.

Хүчтэй соронзонгуудыг мөн компьютерийн диск драйвер, гар утсанд өргөнөөр хэрэглэдэг. Томоохон салхин хөдөлгүүрийн технологид сүүлийн жилүүдэд тогтмол соронзонг хэрэглэх болсон. Салхин хөдөлгүүр бүтээгч Линас компаний мэдээлснээр 2008 оны байдлаар 400 хөдөлгүүрт хэрэглэсэн нь зах зээлийн 2%-ийг эзэлж байсан бол 2023 онд 4300 хөдөлгүүр үйлдвэрлэж энэ үзүүлэлт 22% болжээ.

Мөн автомашины катализатор нь газрын ховор элементийн хэрэглээний 19%-ийг эзэлдэг ба церийн карбонат болон церийн ислийн тусламжтайгаар автомашины хөдөлгүүрээс гарсан хийг хоргүйжүүлж катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Газрын ховор элемент нь мөн авто катализатортой урвалд орж өндөр температурт үйл ажиллагааг явуулах боломжийг хангадаг.

Тэгвэл газрын ховор элементийн нөөцөөр ямар ямар улсууд тэргүүлж байна вэ? АНУ-ын Геологийн судалгааны 2023 оны тайлангаар БНХАУ нь газрын ховор элементийн 44 сая тонны батлагдсан нөөцөөр тэргүүлж байгаа бол түүний араас Вьетнам 22 сая тонн, Бразил болон ОХУ тус бүр 22 сая тонн, Энэтхэг 6.9 сая тонн, Австрали 4.2 сая тонн, АНУ 2.3 сая тонн, Гренланд 1.3 сая тонн хэмээн бүртгэгджээ.

2009 оны АНУ-ын засгийн газрын геологич нарын судалгаагаар Монгол Улсын нутаг дэвсгэрт 31 сая.тонн газрын ховор элемент бий гэх батлагдаагүй нөөцийн судалгаа хийгдсэн байдаг бөгөөд хэрэв энэ нь батлагдвал манайд дэлхийн нийт нөөцийн 16,8% ногдож дэлхийд БНХАУ-ын араас хоёрдугаарт бичигдэхээр байгаа юм.

Газрын ховор элементийг мөн ногоон элемент гэж нэрлэдэг. учир нь салхин сэнс, эрчим хүчинд хэмнэлттэй чийдэн, гибрид автомашин, дахин цэнэглэдэг батарей зэрэг ногоон эрчим хүчний олон бүтээгдэхүүнийг тэдгээрээр хийдэг.

Катализатор нь хөдөлгүүрээс гарч буй утааны хорт бодисыг саармагжуулах үүрэгтэй эд ангиюм. Түүнийг халуунд тэсвэртэй гангаар хийгдсэн гэр дотор зөгийн үүр шиг хэлбэртэй исэлдүүлэгчийг байрлуулсан байдаг. Энэ нь утаан дахь хүний биед, байгаль орчинд хор нөлөөтэй бодисыг химийн аргаар цэвэршүүлэх үүргийг гүйцэтгэдэг. Утааг илүү сайн цэвэршүүлэхийн тулд гурван үет катализаторыгашиглах бөгөөд хорт утааг CO, HC, NO, CO2, H2O, N2 болгон цэвэршүүлдэг.