浅谈稀土元素的发现_稀土金属论文

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近年来,随着尖端科学技术的发展,稀土元素的应用越来越广泛了,几乎进入了所有的工业部门,成为现代工业不可缺少的一种宝贵的金属。稀土元素的称呼只是历史上形成的,其实稀土元素并不稀少,在自然界大约有250多种稀土矿,它们在自然界的总量,甚至比常见的铅、 锌和锡还要多,但是稀土元素在自然界很分散,形成独立的矿床很少,要想得到一个个的单独的稀土元素很困难,这样就显得很稀少了;另外稀土也不是土,而是典型的金属元素,不过由于稀土元素的氧化物不溶于水,又没有金属光泽,在性质和组成上和形成土壤的氧化物很相似,所以就被称为稀土。稀土元素包括镧系的15种元素加上钇和钪一共17种元素。

为了研究的方便,根据稀土成员的物理化学和地球化学性质上的差异,以及分离工艺的要求,一般把稀土元素分为两组:把钆以前的镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕七个元素,称为轻稀土元素,其余的8 个元素就称为重稀土元素。

稀土元素的来历是很不寻常的,为了找到它们,很多的科学家,付出了艰巨而辛苦的劳动,其中经历了许多曲折的历程。

早在1794年的时候,芬兰的化学家加多林在研究一块少见的黑色的矿石时,从中发现了一种新的金属氧化物,这种氧化物难溶于水,没有金属光泽,于是他就把这种氧化物称为“钇土”,意思是与土壤的氧化物很相似,因为这个矿石是在瑞典的一个小城市依特堡附近发现的,就被称为钇,以纪念这个地方,这样就发现了第一个稀土成员。

1803年,德国的化学家克拉普罗特和瑞典的两位化学家柏齐利乌斯和黑新格,同时在瑞典的铈硅矿中,发现了另外一种新的淡黄色的金属氧化物,于是就把它命名为“铈土”。

为了探讨这两种新发现的“钇土”和“铈土”究竟是一些什么物质,当时不少的科学家想了很多的办法,但是在其后的几十年里基本没有什么进展。

随着科技和生产的不断进步,人们对于元素的认识也越来越深入了。到了1893年,柏齐利乌斯的学生莫桑德尔,把当时得到的硝酸铈进行加热以后,再用硝酸处理,出乎意外的得到了两种氧化物,一种不溶于稀硝酸,另一种能够溶于其中,他把这种可溶的氧化物就叫做“镧土”,镧就是隐藏的意思。后来他又用稀硝酸继续来处理镧土,结果从中又得到了一种玫瑰色的氧化物,他就称之为“坻土”,意思是镧的“孪生兄弟”。

又过了几年,到了1843年,莫桑德尔用同样的方法研究钇土的时候,意外的得到了三种新的氧化物,一种还是叫做钇土,另外两种分别称为“铽土”和“铒土”。这个发现说明,原来钇土和铈土并不是两种纯净的氧化物,而是由稀土元素化合物组成的两个小集体,这也同时说明,稀土元素的“长相”太相象了,要寻找它们,还要经历一个很长的过程。

在1871年,门捷列夫根据周期表的规律性预言了钪的存在和性质,并给它起名为“类硼”元素。到了19世纪末的时候,人们已经相继从铒土中分离得到了四种稀土氧化物,“镱土”、“钪土”、“钬土”和“铥土”。当时得到的钬土和镱土都还不是纯净的化合物,其后很快人们就从钬土中分离得到了“镝土”,镝的意思是难得的意思,也就是说,人们经过了许多的困难才获得了这个元素。到20世纪初,人们又从镱土中分离出了镥土。直到这时,关于钇土的组成才真相大白,最早所发现的钇土,原来是钇、铽、铒、镱、钪、钬、镝和镥九种稀土元素氧化物的混合物。

随着化学分析技术的提高,特别是光谱分析技术的出现,人们又仔细的重新研究了铈土,发现从铈土中分离出来的坻土也不是纯净物。经过大量的分离工作,并采用光谱分析技术,先后从坻土中又认出了钐、铕、钆、镨和钕等五种元素。这就说明,所谓的铈土原来是铈、镧、钐、铕、钆、镨和钕七种元素氧化物的混合物。

至此,17个稀土伙伴已经发现了16。可是,根据特征X 射线谱的判断,在60号钕和62号的钐之间,还应该有一个伙伴“61”号元素存在。在这之后的很长一段时间内,人们就一直努力的寻找这个失踪的61号小伙伴。

1926年,美国学者戈普琴斯声称看到了相当于61号元素的谱线,其后意大利化学家也宣布,他们在1924年就发现了这个元素。不过后来才知道,他们的这些发现都是不正确的,人们用最新的物理方法和计算得出,61号元素根本就没有稳定的同位素存在。

直到1942年,当第一座原子反应堆建成之后,人们发现在反应堆燃烧过的废铀棒中,含有大量的放射性同位素,它们的原子序数是从30号的锌到36号的镝,共有36种元素,显然,在这些同位素中,应该含有大量的稀土元素。1947年,考耶尔和马林斯基等人在处理这些同位素时,终于用离子交换法从镧系元素中发现了61号元素,并给它起了一个名字为钷,以表示为希腊神话里为人类从天上取来火种的英雄普罗米修斯的纪念。

这样从1794年发现钇开始,到1947年从铀裂变产物中得到钷为止,经历了150多年的时间,人们付出了辛勤的劳动,17 个稀土元素就全部被发现了。

过去人们一直认为在这17个稀土元素中,自然界只有16个,钷被认为是从反应堆里裂变产物中得到的人造元素。但是1972年,人们在处理天然高品位铀矿时发现了[147]Pm,这是因为天然的富铀矿,也就如一座天然的原子反应堆一样,若有足够的中子的话,便可以慢慢进行天然的核裂变,从而生成钷,这样钷就不再是人造元素了。至此在自然界中就找到了全部的17种稀土元素。

稀土元素的发现到现在已经超过了半个多世纪,但是在过去它的应用范围还是很小的,唯一具有实际用途的只有铈这一种元素。不过近30多年来,由于现代科学技术的发展,稀土元素在几乎所有的工业部门都显示了不可估量的应用前景,它们不但能够大大的改善材料的品质,还能作为优良的永磁、激光、荧光和电光源等等材料。可以说,稀土元素的应用,已进入了一个蓬勃发展的新时期。

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