稀土,这个名字广为人知,可它为何被称为“稀土”呢?实际上,“稀土”并非土,而是化学周期表中镧系元素以及钪、钇等17种金属化学元素的合称。最初,人们在18世纪末发现它们时,以氧化物状态分离出来,且当时这类矿物比较稀少,“土”在当时又代表不溶于水的金属氧化物,所以得名“稀土”。如今,稀土已成为现代工业不可或缺的关键元素,在电子、新能源、环保等诸多领域发挥着至关重要的作用,其战略意义日益凸显。
阅读这篇文章,你将明白稀土名称的由来,明白为什么19世纪的瑞典化学那么强,明白任何人都可以做科研。
一. 谁发现了第一块含稀土的矿石
这个人叫卡尔·阿雷尼乌斯,一个出生在斯德哥尔摩的瑞典军人。作为一名炮兵军官,他曾在瑞典的皇家造币实验室学习火药粉的知识,在那里他遇见了造币实验室的主任彼得·雅各·耶尔莫Peter Jacob Hjelm(1746/10/2 – 1813/10/7)。彼得也是瑞典人,是第一个分离了钼 Mo 的化学家。
Carl Axel Arrhenius (1757/3/29 - 1824/11/20)
彼得激发了卡尔对矿物学和化学的兴趣。因此,1787年卡尔中尉在 Vaxholm (斯德哥尔摩的一个小城市) 驻扎的时候,参观了附近的一个开采长石的矿,在那里发现了一种深色的矿石。由于那个村子叫伊特比 Ytterby,所以卡尔把这种矿石命名为伊特比石 ytterbite。请记住伊特比这个名字,因为一共有四种元素都以这个村子命名,还有另外四种元素的命名都间接与这个村子有关。尽管这是一个非常小的村子,却因为奇怪的富含(与世界上任何地方相比)一种奇怪的矿石而成为命名化学元素最多的奇怪地方。
伊特比石 (加多林石,硅铍钇)
卡尔和他的朋友 Bengt Geijer考察了这块矿石的一些物性,在发现的次年发表了一篇文章。后来,卡尔参加了瑞典对芬兰的战争,升任中校。再后来,卡尔成为了瑞典皇家战争科学院(1799) 和皇家科学院(1817) 的双院院士。
二. 谁发现了这块矿石中的稀土
这个故事里的第三个瑞典人约翰·加多林第一次提取出了第一种稀土元素。严格意义上他在芬兰出生,但是战争原因也可算是瑞典人。从卡尔那里拿到那块矿石后,加多林发现这个样品中38%都是一种未知的“土”元素。这一年是1794年,已经是矿石发现后的七年后。
Johan Gadolin (1760/6/5 – 1852/8/15)
1795年,本故事的第四个瑞典化学家安德斯·古斯塔夫·埃克伯格Anders Gustaf Ekeberg (1767/1/16– 1813/2/11) 确认了这一发现,并根据发现地伊特比村把这一元素命名为yttrium (钇),把伊特比石改名为加多林石Gadolinite (硅铍钇)。[题外话:安德斯自幼听力严重受损,且一只眼睛被炸毁] 其实,这块矿石里还包含了七种在当时未知的元素,比如随后几十年在其中发现的Er (Erbium铒,1842),Tb (terbium铽,1842)和Yb (ytterbium镱,1878),都是根据伊特比村命名的。
之所以称其为土,需要考虑其特定的历史原因。在那个年代,炼金术还十分流行,元素理论尚不完备,拉瓦锡的燃烧理论还没有被广泛接受。现代化学几乎是个婴儿。人们在当时对元素的认识还在很大程度上受到古希腊元素说(希腊版的中国五行学说)的影响,即土,水,空气,火和(后来的)以太。
古希腊元素论
所以包括稀土金属和碱土金属,都因为干冷的特性,而被称为土。
三. 加多林此人还是比较天赋异禀的
除了母语瑞典语,他会流利地说拉丁语,芬兰语,俄语,德语,英语和法语。在35岁时,他与Hedvig Tihleman结婚并共育有九名子女。更不用说,在那个年代,他活到了92岁,可谓十分高龄了。
除了第一次发现稀土元素,他还有各种其他的贡献。在热学方面,他提出物相变化过程中热量的吸收和放出,讨论蒸汽的热,并展示冰和雪的热值相同。他优化了他父亲对冷凝管的设计,让冷水从下侧进而上侧出,提高了换热效率。在化学方面,他发现一种元素可以表现出不同的价态,并研究了中国一种合金:白铜的化学成分分析。
(转自:新浪微博 林瘦猫)
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