稀土：渣“镧”是怎么炼成的？

上回说到氦哥哥远行遇到锂妹妹，一起寻找氢爸爸。地球村再也找到像这三位赤子之心的元素了（氢氦锂原子序号分别为1、2、3）。除了单纯的氢氦锂，有些元素的内心深不可测，比如渣镧，作为稀土家大哥，奋斗一生也没有追到邻居小姐姐锕姐。今天就谈谈：渣镧是怎么炼成的？

介绍渣镧之前，先看看地球村的区域分布：总体来说，物以类聚、素以群分。目前地球村有7条主路18条大街（元素周期表目前有7个周期、18个族），村委会位于第二周期路第四主族街，即碳家族分布点。村长请来俄国人门捷列夫做城乡规划设计师。门捷列夫原本设想：按照各元素的性格特征（元素的电子结构决定其在元素周期表的位置：电子层数对应周期，最外层电子数对应族），把他们安置成五个社区：s块（包括碱金属和碱土金属）位于西部高原、p块（包括非金属、准金属和部分金属）位于东部沿海、d块（包块过渡金属）位于中部地区、f块（镧系和锕系）位于南部海岛。正所谓“山高村长远”，南部海岛的渣镧和锕姐，与村委会分庭抗礼，过着自在的生活。渣镧从小爱慕青梅竹马的锕姐，但始终得不到她的芳心。 

图1：元素周期表from wikipedia。 

这还得从家庭找原因。素们常说：内核越简单，格局越开阔。比如：第一周期路只有氢爸爸和氦哥哥2户居民，第二周期路和第三周期路各8户居民，第四周期路和第五周期路各18户居民，第六周期路和第七周期路各32户居民。目前大部分元素都找到自己的归宿，有着自己独一无二的分布点。只有第六周期路和第七周期少数的元素：镧系和锕系共30个元素居民蜗居在2个分布点，渣镧宅在家中，与兄弟姐妹关系甚密，他们几乎是一个模子刻出来的。村长人长期认为渣镧家只有一个元素。

渣镧所在的第三副族路，门牌号有四个：一号住着稀土钪爸爸（钪序号21，英文名Scandium简称Sc，源自"Scandia"半岛之名，第一个稀土矿石在此发现。电子结构3d¹4s²，原子量45.0，铝钪合金用于制造航天器械、水银灯配件）；二号住着稀土钇妈妈（钇序号39，英文名Yttrium简称Y，电子结构4d¹5s²，原子量88.9）；三号住着渣镧及其14位孪生手足；四号住着锕姐及其14位闺蜜。

图2：地球地壳各元素相对丰度：氧硅铝铁钠钾镁氢钛。稀土不稀，与其名称暗示的不同，稀土元素在地壳中的丰度相当高（钷除外），其中铈在地壳元素丰度排名第25，占0.0068%（与铜接近），是含量最高的稀土元素。虽然稀土元素并不稀有，但其倾向于两两或多种一起生成合金，而难以将稀土元素彼此单独分离，此外稀土元素在地壳中的分布相当分散，很少有稀土元素集中到容许商业开采的矿床，因此被称为“稀土”元素from wikipedia。 

钪爸和钪妈俩现在分居，外人来稀土家很少见到他俩。难怪小樟本科第一次做稀土实验时，陈老师突然提问，稀土元素有哪些？小樟一口气背出镧系15个元素：镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），陈老师啧啧称赞，但补充说：稀土元素还有钪（Sc）和钇（Y）。

钪爸爸和钪妈妈隐居在老家d块社区，与生活在f块社区的孩子们相距较远。看不到钪爸爸和钪妈妈，但稀土孩子们始终忘不了爸妈和故乡：第一种发现的稀土矿物是从瑞典伊特比村的矿山中提取出的硅铍钇矿，7种稀土元素的英文名称正源自于伊特比，瑞典语：Ytterby，是瑞典东岸的村落，位于斯德哥尔摩群岛中瓦克斯霍尔姆市。村落因矿石中发现7种新化学元素而闻名，这些元素都以斯堪的纳维亚、瑞典、斯德哥尔摩或伊特比命名。如：1843年，瑞典人莫桑德发现钇（yttrium，Y）和铽（terbium，Tb）；1878年，瑞士德马里尼亚发现镱（ytterbium，Yb）；1879年，瑞典克勒夫和尼尔森发现铒（erbium，Er）、钬（holmium，Ho）、钪（scandium，Sc）和铥（tulium，Tm）。其中，钇（yttriumY）、铽（terbium，Tb）、镱（ytterbium，Yb）和铒（erbium，Er）四种元素是以伊特比命名的。

图3：伊特比矿场入口处的牌匾from wikipedia。

村长人早年把渣镧的所有孪生手足当成一个元素。直到1787年，瑞典人阿累尼乌斯在斯德哥尔摩附近伊特比村庄找得了一块他从未见过的黑色矿石，就借用这个村名将其命名为伊特比。1794年，芬兰人加多林从硅铍钇矿中发现了“钇土”(氧化钇)。他声称发现了一种新元素“钇土”，将其命名为Yteelium(钇)，纪念伊特比村庄。村长人把加多林发现了“钇”的1794年作为第一个发现稀土元素的年代。当时加多林发现的“钇土”是“钇组稀土”混合氧化物。后相继从这种“钇土”中相继发现了铽（terbium，Tb）、镱（ytterbium，Yb）和铒（erbium，Er）等重稀土元素。1839年，藏了若干年，渣镧被发现：瑞典人莫桑德从铈土中分离出氧化镧，镧被命名为“Lanthanum”，源自希腊词“Lanthanein”，意为“隐藏起来”，因为要将镧从铈土中分离出来非常困难……1947年稀土家最后一位成员钷（Promethium，Pm）被村长千辛万苦辨认出来，前后共经历了153年。

作为稀土家最大的孩子，渣镧自始至终与孪生手足们难舍难分，他无法走出黏稠的“家”，自然与锕姐走不到一起。但问题来了，渣镧为什么这么黏？从物理性质上看：镧系金属为银白色，较软，有延展性。从化学性质上看：镧系金属活泼性较强，仅次于碱金属和碱土金属，需要隔绝空气保存。同时镧系金属是强还原剂，其还原能力仅次于金属镁（Mg），其反应性可与铝（Al）相比。随着原子序数的增加，还原能力呈逐渐减弱的趋势，其电子逐渐排布在内层4f轨道，外层电子排布基本相同，因此化学性质比较相似。

渣镧对手足很黏，但对外可不屈服：2019年中美贸易争端，美国抵制中国华为，渣镧带领弟兄姐妹们为中国撑腰，这又是怎么一回事？原来中国是目前世界第一大稀土矿生产国，也是稀土矿第一大出口国，自2009年中国开始管控和限制稀土矿石出口，此举有利于保护资源环境和遏制过度开发，但同时也引起美日欧等国家的不满。内蒙古包头市的白云鄂博、江西、广东、四川等地混合矿储量丰富，江西赣州被誉为世界钨都，稀土王国。

稀土虽黏，个个身怀绝技：1.工业上，稀土是“维生素”，在荧光、磁性、激光、光纤通信、贮氢能源、超导等材料领域有着不可替代的作用，想替代稀土，除非有极其高超的技术，目前基本做不到；2.军事上，稀土是“核心”，目前几乎所有高科技武器都有稀土的身影，且稀土材料常常位于高科技武器的核心部位；3.生活中，稀土“无处不在”。我们的手机屏、LED、电脑、数码相机……哪个能离开稀土？幸运的是，中国不缺稀土，所谓“中东有石油，中国有稀土。”

小樟师兄陈强调：“中国稀土行业发达不是靠出口资源，是提炼稀土元素技术世界第一，别的国家都没有完善的技术，在这方面中国遥遥领先世界。”中国不仅有充足的稀土资源，同时具备世界领先的分离技术，得益于徐光宪等一代代科学家的艰苦努力，中国以全球23％的稀土资源承担了世界90％的市场供应。稀土被誉为“超级工业味精”，是不可再生的稀缺性战略资源。为减少传统稀土分离技术中“三废”污染问题，低成本清洁生产是各国竞争的关键技术。中国稀土采选分离技术继续保持全球领先地位。2019年5月20日，习近平去江西赣州考察稀土产业，亮出了贸易战稀土王牌！

图4：瑞典人莫桑德——我不是渣男，我发现渣镧from wikipedia。

镧系简介：

镧|序号57

英文名Lanthanum，简称La，源自希腊语，意为隐藏，5d¹6s²，原子量139.0，用途：高折射率玻璃、燧石、氢气储藏装置、电池电极、相机镜片、石油提炼液体催化过程（FCC）催化剂；

铈|序号58

英文名Cerium，简称Ce源自拉丁名称Cerium是以小行星谷神星来命名的，电子结构4f¹⁵d¹6s²，原子量140.0，用途：氧化剂、抛光粉、玻璃和瓷器的黄色染料、石油提炼液体催化过程（FCC）催化剂；

镨|序号59

英文名Praseodymium，简称Pr，源自希腊语"prasios"，意为韭菜绿，以及"didymos"，意为双胞胎。电子结构4f³6s²，原子量141.0，用途：稀土磁铁、激光、玻璃和珐琅制品染料、燧石；

钕|序号60

英文名Neodymium，简称Nd，源自希腊语"neo"，意为新的，以及"didymos"，意为双胞胎。电子结构4f⁴6s²，原子量144.0，用途：稀土磁铁、激光、玻璃和瓷器的紫色染料、陶瓷电容器；

钷|序号61

英文名Promethium，简称Pm，源自希腊神话中盗火者普罗米修斯（Prometheus）之名。电子结构4f⁵6s²，原子量145.0，用途：核电池；

钐|序号62

英文名Samarium，简称Sm，源自俄罗斯矿业工程师Vasili Samarsky-Bykhovets之名。稀土矿石铌钇矿就是以他的名字命名的。电子结构4f⁶6s²，原子量150.5，用途：稀土磁铁、激光、中子捕获装置、激微波；

铕|序号63

英文名Europium，简称Eu，源自欧洲（Europe）一词。电子结构4f⁷6s²，原子量152.0，用途：红色和蓝色的荧光粉、激光、水银灯部件；

钆|序号64

英文名Gadolinium，简称Gd，源自加多林之名，以纪念他对稀土的研究。1794年他发现了化学元素钇，引发了稀土金属镧系元素的发现。电子结构4f⁷5d¹6s²，原子量157.0，用途：稀土磁铁、高折射指数玻璃、石榴石、激光、X射线管、电脑内存、中子捕获装置；

铽|序号65

英文名Terbium，简称Tb，源自瑞典伊特比村之名。电子结构4f⁹6s²，原子量159.0，用途：绿色荧光粉、激光、荧光灯；

镝|序号66

英文名Dysprosium，简称Dy，源自希腊语"dysprositos"，意为难以获得。电子结构4f¹⁰6s²，原子量162.5，用途：稀土磁铁、激光、中子捕获装置；

钬|序号67

英文名Holmium，简称Ho，源自其发现者的故乡斯德哥尔摩之拉丁语名"Holmia"。电子结构4f¹¹6s²，原子量165.0，用途：激光、金属卤素灯添加剂；

铒|序号68

英文名Erbium，简称Er，源自瑞典伊特比村之名。电子结构4f¹²6s²，原子量167.0，用途：激光、光纤放大器掺入剂、钒钢；

铥|序号69

英文名Thulium，简称Tm，源自希腊神话中的北方神秘之地图勒（Thule）。电子结构4f¹³6s²，原子量169.0，用途：便携式X射线机、金属卤素灯添加剂；

镱|序号70

英文名Ytterbium，简称Yb，源自瑞典伊特比村之名。电子结构4f¹⁴6s²，原子量173.0，用途：红外线激光、还原剂、应力计、牙齿填料；

镥|序号71

英文名Lutetium，简称Lu，源自瑞典伊特比村之名。电子结构4f¹⁴5d¹6s²，原子量175.0，用途：红外线激光、还原剂、应力计、牙齿填料。

素如其名，可见稀土家多么黏！

参考来源：

1. 新华网 http://www.xinhuanet.com/tech/2019-06/06/c_1124588686.htm

2. 每经网 http://www.nbd.com.cn/articles/2019-05-20/1333698.html

3. 维基网 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%95%A7

4. 新华网 http://www.xinhuanet.com/2019-06/03/c_1124574673.htm

封面图：稀土元素from新华网。