镧系元素

长达一个世纪的分离

镧系元素的故事始于1787年，起点是斯德哥尔摩附近于特比村采石场里的一块黑色岩石。1794年，加多林从中发现了一种新的“土”。在此后的120年间，化学家们逐渐发现，这种“土”以及另一种名为铈土的物质，其实都是十几种几乎一模一样的元素的混合物。

要把它们分开，就得把同一种材料反复溶解、重结晶成百上千次，每一步只能让某一种元素稍稍富集一点。许多宣称的发现后来被证明只是混合物。直到1913年莫塞莱完成X射线研究之后，化学家们才能准确地说出镧系元素应该有多少种。

它们为何如此相似

从镧到镥，每个新增的电子都进入4f亚层，而4f亚层深埋在原子内部、位于外层电子之下。决定化学行为的外层电子几乎没有变化，因此镧系元素的性质几乎完全相同，而且几乎都形成+3价离子。

不过，4f电子也并非全无作用。它们赋予许多镧系离子鲜明的颜色和很强的磁性，还会让原子沿着这一系列逐渐略微变小，这种效应称为镧系收缩，它也影响着位于镧系下方各元素的化学性质。

现代科技中的稀土

尽管名为“稀土”，但大多数稀土元素并不稀少：铈的丰度与铜相当。所谓“稀”，是指它们分布分散，难以富集和提纯。如今，它们对现代科技至关重要。

• 钕（配合镝）：最强的永磁体，用于电动汽车电机、风力发电机和耳机
• 铕和铽：屏幕和节能灯中的红色与绿色荧光粉
• 铒：传输互联网数据的光纤中的放大器
• 铈：玻璃抛光和汽车催化转化器
• 钆：核磁共振成像的造影剂

开采与供应

世界上大部分稀土都在中国开采和加工，这使稀土成为许多国家关注的战略问题。开采稀土可能留下具有放射性的钍和铀残渣，人们正在开发新的来源和回收方法，以同时降低环境风险和供应风险。