稀土元素(上)
稀而不稀的泥土金属 钇、钕、钷、钐、钆、镝、钬、镱、镥


文章出自:博物 2009年第10期 作者: 丛恒将 

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钇、钕、钷、钐、钆……17种稀土元素委屈挤在3个元素周期表的格子中,这也怪它们长得太像了,而且混在一起土模土样区分不开。后来人们发现这些稀土也喜欢并肩作战,比如制造永磁铁、特种合金,大家都是一起上来干活儿。于是人们并不熟悉它们的名字,却熟悉“稀土”这个叫法。

在门捷列夫时代的各种元素,平凡的氢氧也好,高贵的金银也罢,都住着一居室,门捷列夫就算再慷慨也不会把三居室分给某一个他钟爱的元素。当然,他也不会让一堆元素挤在一个集体宿舍中。但续编元素周期表的“门捷列夫们”就没这般公平,从后来的芬兰化学家加多林发现金属“钇”开始,以钇为代表的17种“稀土元素”们就被挤在一个三室没厅没厨房没卫生间的屋子里,而且分配极其不均匀:钇和钪独占两屋,其余的15个兄弟挤在一屋睡,感觉颇像集体宿舍。睡在单间的钪和钇也并非什么显赫人物,能占到单间,一是因为它俩被发现得比较早,二是因为它俩的性质还有别于其他。

没了稀土不点火
打火机上的打火石也是加入了稀土才制成的。那些尚无稀土矿的国家,如果不依靠进口,想找个打火机点火还是个问题。

最初加多林在一种黑色矿物中发现奇怪的“土”,放在水里也不溶解,高温加热也不熔化,于是叫它钇土。之后又从这一小撮土中分离出来铒土、铽土、镱土,再往后的一百年中,这种事情接连不断发生,最后竟然分离出十多种独立的元素。

稀土的点石成金术
稀土具有“点石成金”的效果,添加了稀土的钢、铁、镁、铝等合金,性能大大优化,变得更加坚韧、更加轻巧、更耐腐蚀,可以广泛地用于航天、航空、铁轨、电缆等需要特种金属的领域。
把磁留在“芯中”
非稀土参与不可的永磁体可以非常“太空”,也能摆在我们的办公桌上,比如计算机的硬盘中就有永磁体。
稀土让你浮起来
掺有稀土的超导材料,除了具有零电阻外,还有一个重要的性质——磁悬浮现象。利用超导磁体产生的强磁场,运行中列车与地面上的线圈相互作用,产生的斥力将列车悬起。最好的钕铁硼磁体已能让车辆漂浮1厘米以上。

按说搞出金属单质了,这些元素也应该摆脱一身“土气”了吧,然而人们念念不忘的却还是它们土模土样的氧化物,最后依然称它们为“土”,不过这个土非比寻常,是“稀有的土”——“稀土”。稀土和我们前几期中提到的贵金属相比,谁更稀有?实际上,稀土含量大大超过贵金属,甚至比铅和锌还要多,然而它的分布却是非常不均匀的。目前探明的稀土矿中,三分之二产自中国的白云鄂博,有很多国家目前掘地三尺也找不到稀土矿的踪迹,由此看来,对于很多地方而言,稀土还是很“稀”的。

假若百无一用,这稀土稀少也就算了,可现在偏偏在各种高科技的尖端材料上都少不了稀土。就单说磁性材料中,无论是能产生磁悬浮效应的高温超导材料,还是长久具有磁力效应的“永磁体”,甚至在磁场中形状会发生改变的“磁致伸缩合金”,都离不开稀土。前些年人类为了在宇宙中寻找反物质,往太空中发射了一个探测器,这个探测器的核心便是永磁体,钕和其他稀土金属在上面出尽了风头。

责任编辑 / 张超 

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