登陆注册
45080200000002

第2章 我们身边的稀土

1794年的一天,芬兰的噶多林教授,从瑞典斯德哥尔摩附近的矿石中分离出一种新土,它具有碱金属特性,由于其含量少,便将其命名为稀土。这种新土便是日后占据元素周期表中原子序数从57~71的15种镧系元素的混合物。这15个镧系元素由于其化学性质十分相似,彼此像亲兄弟似的很难分离得开,所以使它们经历了漫长的160年才被全部发现。它们相当于一个元素而处于元素周期表的一个格子里。镧系元素与在周期表中相邻的电子结构和化学性质相近的钪(Sc)和钇(Y)一起统称为稀土元素。

稀土元素名称的本意是稀少的元素,后来发现的事实说明这种想法错了。如果比较一下各种元素在地壳中的含量,就知道稀土元素并不稀少,如铈在地壳中的含量为4.6×10-5,而我们常见的铅仅为1.6×10-5,锌也只有4.0×10-5。连稀土元素中含量最少的铥也有2.0×10-7,与铋的含量相差无几,而比贵重金属元素金和铂的含量要高得多。稀土在地球上分布不均匀,西欧和日本均无分布,国外工业储量约为700万吨,我国工业储量约3600万吨,远景储量1亿吨,世界上约80%的稀土元素分布在我国,可以说我国是当之无愧的稀土大国。因此,稀土元素的开发应用是我国当前的一项很迫切的课题。

1886年,奥地利人发明了采用硝酸钍加少量稀土元素制造汽灯纱罩的技术,并申请了发明专利,拉开了稀土元素应用的序幕。虽然稀土这个名词对于大多数人来说可能是陌生的,但实际上随着科学技术的发展,稀土材料已进入寻常百姓家,我们每个人都会在日常生活中接触到稀土材料,稀土就在您身边。当您清晨起床,打开铝合金窗门,一缕新鲜、清凉的空气涌入屋内,您是否想到在这铝合金中含有千分之几的稀土元素,而使其牢固性和加工性能增强;当您打开煤气灶烹调可口的饭菜时,您可曾想到点燃煤气的打火石就是由稀土金属做成的;我们天天观看电视节目,银屏上斑斓鲜艳的色彩令人赏心悦目,心旷神怡,这是由于在彩色电视机荧光屏上涂有含稀土元素钇和铕的荧光粉;当您挎着照相机,记录美好的瞬间,您可知道高级照相机镜头中含有镧,而且制作高质量镜片所用的抛光粉是氧化铈;您手上带的石英表、随身携带的微小型录放机,里面都装有钕和钐的水磁体器件;当您坐车行驶在夜晚的高速公路上,在车灯的照映下看见明亮的路标和路线标志时,您可知道这种高效反光材料中含有镧?当您回到家中,打开紧凑型节能灯,那柔和明亮的白色灯光原来是由红色、绿色和蓝色三种基本颜色的混合稀土荧光粉发出的。

稀土元素参与制成的荧光材料、永磁材料、特种玻璃、精密陶瓷、磁制冷材料、磁致伸缩材料和超导材料等,将会在国民经济中得到越来越多的应用。例如,高架的高压输电线路从遥远的发电厂把电力源源不断地输送给工厂、城市等用电户,一部分电在输送过程中由于线路的电阻而被损耗掉了。如果输电的电缆电阻为零,那么不论多么长的输电线路都不会发生电力损耗。这个梦想随着稀土高温超导材料的发现,已有可能实现。目前,已经制造出了钇钡铜氧系(Y-Ba-Cu-O)超导材料和线材。妨碍这种材料实用的一个主要问题是这种超导材料的超导转变温度在-170℃左右,必须使其超导转变温度接近室温才能得到实际的应用。

超导材料除了具有零电阻的特性外,还有一个特性就是完伞抗磁性。在超导状态的物体上面放一块磁体,两者由于相互排斥,而使磁体离开超导体表面悬浮在空中。这种性质导致了超导材料的另外一个应用,即制造时速可达500千米/时的磁悬浮超高速列车。磁悬浮列车由于没有了车体与铁轨之间的摩擦,阻力大大减小,时速大为提高,可以说是火车制造业的一场革命。从20世纪80年代起,好几个国家都在做这方面的尝试。

稀土元素的另一个前景很好的用途是用来探测生物物质。因为除了镧和镥以外,稀土元素用紫外光照射时,会发出五颜六色的可见光。例如,钐发出的光是橙红色的,铕发出的光是红色的,铽发出的光是绿色的,等等。一些稀土元素能和一些生物活性物质,如蛋白质、酶、抗体、维生素、病毒、细菌等结合生成很稳定的化合物,用紫外光照射时,这些化合物就会发出光来。发光的强度与化合物含量有关,我们可通过测量光的强度来间接地得到生物物质的含量。由于不同的稀土元素发出的光的颜色不同,我们可用不同的稀土离子与不同的生物物质结合,这样可以一次测量同一样品中不同活性物质的浓度,大大提高工作效率。这种方法方便快捷,而且不污染环境,很受科学家们的欢迎,人们给这种方法起了个名字叫荧光免疫分析。稀土元素在其中起到的作用就如同一根探针,所以就叫它们是稀土探针。稀土元素除了用作荧光探针以外,还可用作核磁共振探针、顺磁共振探针、可见吸收光谱探针等。

上面所举的事例只是稀土元素应用的极少数几个例子,在这里许多稀土元素的应用还没有谈及。但是,窥一斑而知全豹,通读此篇,大家会对稀土元素有些了解,并产生兴趣。其实,稀土元素就像一个神秘的宝藏,还有许许多多的特性和潜在应用没有开发,这方面的研究大有可为。我国在有关稀土元素应用方面的研究比较落后,许多稀土的原材料以便宜的价格卖给国外,而他们在制成产品后,又以高价卖给我们。因此,我们希望新一代有志青年,能积极地投身到稀土应用研究的工作中来,使我国真正成为一个稀土强国。

同类推荐
  • 指导学生心理健康的经典故事:点燃生命中的春天

    指导学生心理健康的经典故事:点燃生命中的春天

    每个人都在梦想着成功,但每个人心中的成功都不一样,是鲜花和掌声,是众人羡慕的眼神,还是存折上不断累积的财富?其实,无论是哪一种成功,真正需要的都是一种健康的心理。有了健康的心理才是成功的前提与保证,在人的一生中,中学是极其重要的一个阶段,心理健康对以后的健康成长非常重要。
  • 学生场面描写范文阅读与指导(上)

    学生场面描写范文阅读与指导(上)

    本套书从服务于学生作文的目的出发,提供了学生有效阅读的不同范文,主要包括肖像描写、语言描写、行动描写、心理描写、场面描写、景物描写、风俗描写、叙述方式、抒情方式、话题表达等类文章,同时还提供了相应的阅读与写作把握方法等,具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性,能够全面提高广大学生的阅读和作文能力。
  • 校长决策第一推动力丛书-校长的演讲力

    校长决策第一推动力丛书-校长的演讲力

    校长要从事的具体工作很多,但不论对哪一项工诈,校长的角色决定着校长更多的是从事各项工作的决策。校长决策属于校长管理的范畴,而校长决策水平则直接体现校长的管理水平,直接左右学校的前途与命运。由此可见,校长决策的重要性。特别是随着社会的进步与发展,随着学校教育环境的复杂化,校长决策尤其是校长的科学决策就显得极为重要。校长科学的、正确的决策能保证学校克服困难,勇往直前,走向胜利;错误的决策会让学校蒙遭损失、停滞不前乃至失败。
  • 中国最新校园德育建设丛书-爱国主义教育基地选编

    中国最新校园德育建设丛书-爱国主义教育基地选编

    德育的短效,已成为社会、家庭、学校、教师极为关注的热点。如何提高德育效能,是每个教育工作者必须认真研究的问题。建构主义认为,人的认识来源于主体客体之间的相互作用。它是一个主体主动的、不断深化的建构过程。学生的道德养成同样也是由学习者根据自己的经验背景不断建构的过程。学校德育应紧紧把握这一特点,构筑德育的网络体系,全方位、多角度地对学生进行持续教化。
  • 就业指导与创业教育

    就业指导与创业教育

    本书从职业指导全程化、个性化的理念出发,按照注重应用性和针对性的原则,结合当前社会就业形势和高职高专学生成长特点编写而成。它立足于提高高职高专学生的综合素质,努力促进每个学生充分发展和健康成长。全书内容分为三个部分:职业发展篇、就业指导篇和创业教育篇。全书坚持理论与实践的有机结合,力求做到深入浅出,帮助广大学生树立正确的职业观、就业观与创业观,全面提高受教育者的素质。本书适合于普通高职高专教育和五年制高职教育各专业使用,其他高等学校、中等职业学校以及职业指导、咨询与培训机构也可以参考使用。
热门推荐
  • 听风恋雨

    听风恋雨

    从小一起长大,从小就受他欺负,好像也就慢慢习惯了被他欺负,总会默默的在角落里看着他,从不言爱。但是……即便在他遭遇了人生最大的挫折与创伤,她坚信,等待是正确的,不管风雨如何交加,我都会陪在你身边!
  • 无限之穿越至尊

    无限之穿越至尊

    少年萧阳生日时不知原因的穿越了!待他苏醒后,发现自己竟然到了《斗破苍穹》位面,且看他如何从《斗破苍穹》位面崛起,征伐万界,从此屹立星空寰宇,独断万古!
  • 我的女皇大人该休息了

    我的女皇大人该休息了

    她—异世孤魂,一朝穿越成了女尊王朝的五公主。他—丞相府最俊美有才华的大公子。本毫无交集的两人,却只因宴会上她跳戏了他几句。自那之后,他便缠着她不放。后来更是助她成为女皇。她也只他一人…“女皇大人……”
  • 三十三世烟熏妆,遮不住的殇

    三十三世烟熏妆,遮不住的殇

    一千年,她一袭红衣尽毁天下;他一身白衣为爱的人再覆天下,可是那又如何?得到的不过是一场又一场的骗局,最后一滴眼泪流下,再去守护她爱的人。我一世为仙,几世为魔,不知何时才能够换你回眸一笑。]三十三世烟熏妆唯你不爱
  • exo之浴火重生

    exo之浴火重生

    既然不相信就恨到底,为什么又转换心意了呢,为什么最后我还是狠不下心来呢。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 我的女友是只猫

    我的女友是只猫

    好心救下一只猫仔,却得到了一个神秘的传承。孤苦出生的王轩,在神秘传承的帮助之下,一步步走向巅峰
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 鬼夫萌妻:云瑶侦探社

    鬼夫萌妻:云瑶侦探社

    她是一个美丽呆萌而又不平凡的女孩,他是一个显赫一时又落得悲惨下场的少爷。殊途同归,走在一起,携手并进,无论是人之恶念、还是鬼蜮之怨念,两颗坚韧而充满爱的心,不惧一切~有的时候,人比鬼更可怕,也有的时候,鬼会比人更值得去爱。爱情不在乎金钱、名誉,也不在于人界或是鬼界,爱情从来都是发自肺腑的东西,和其他无关~鬼夫萌妻在一起,他们为了爱而努力,为了理想而追寻~