都說中東有石油，中國有稀土。石油的用途我們耳熟能詳，但是稀土呢？

    組成與分組

    稀土元素包括鑭系元素和釔、鈧，共17種元素。稀土元素是18世紀(jì)沿用下來的名稱，因?yàn)楫?dāng)時認(rèn)為這些元素稀有，它們的氧化物既難溶又難熔，因而得名。稀土元素性質(zhì)相似，并在礦物中共生，難以分離。

    根據(jù)稀土元素礦物特點(diǎn)、硫酸復(fù)鹽溶解度、萃取分離分組如下圖。

    稀土元素的組成與分組

    總體性質(zhì)

    大部分稀土金屬呈緊密六方晶格或面心立方晶格結(jié)構(gòu)，只有釤為菱形結(jié)構(gòu)，銪為體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)。其硅酸鹽主要是島狀，沒有層狀、架狀和鏈狀構(gòu)造，部分稀土礦物（特別是復(fù)雜的氧化物及硅酸鹽）呈現(xiàn)非晶質(zhì)狀態(tài)。

    化學(xué)性質(zhì)有燃點(diǎn)低；比其他金屬元素都活潑；氧化物穩(wěn)定，熔點(diǎn)高。

    鑭（La）

    鑭是鑭系金屬的第一個元素。“鑭”元素是1839年被命名的，當(dāng)時瑞典人“莫桑德”發(fā)現(xiàn)了鈰土中含有其它元素，他借用希臘語中“隱藏”一詞把這種元素取名為“鑭”。

    鑭是稀土中最豐產(chǎn)的元素之一，應(yīng)用在許多不在乎是哪種稀土元素的用途中，應(yīng)用非常廣泛，如應(yīng)用于壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發(fā)光材料（蘭粉）、貯氫材料、光學(xué)玻璃、激光材料、各種合金材料等。它也應(yīng)用到制備許多有機(jī)化工產(chǎn)品的催化劑中，光轉(zhuǎn)換農(nóng)用薄膜也用到鑭，在國外，科學(xué)家把鑭對作物的作用賦與“超級鈣”的美稱。比較常見的應(yīng)用就是打火機(jī)的“火石”，以及用于電影的火花效果。

    圖 氧化鑭在營火中發(fā)出明亮的光輝

    鈰（Ce）

    鈰是一種銀灰色的活潑金屬，粉末在空氣中易自燃，易溶于酸。鈰的名稱來源于小行星谷神星的英文名。鈰在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。

    金屬鈰主要做還原劑。鈰應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎所有的稀土應(yīng)用領(lǐng)域中都含有鈰。如拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬等。

    
    圖 氧化鈰粉是常用的研磨劑，用來研磨和拋光玻璃

    鐠（Pr）

    鐠元素名來源于希臘文，原意是“綠色”。鐠在空氣中抗腐蝕能力比鑭、鈰、釹和銪都要強(qiáng)，但暴露在空氣中會產(chǎn)生一層易碎的綠色氧化物，純鐠必須在礦物油或密封塑料中保存。鐠像其他稀土元素一樣，具有慢性低毒，不是生物必須元素。

    鐠的用途之一是用于石油催化裂化。以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性。

   
    圖 在人造立方氧化鋯橄欖石中，鐠制造了所需的顏色

    釹（Nd）

    由于釹磁體的緣故，釹在稀土元素中最著名。釹磁體是目前為止能得到的最強(qiáng)的永磁體。釹為銀白色金屬，是最活潑的稀土金屬之一，在空氣中能迅速變暗，生成氧化物；在冷水中緩慢反應(yīng)，在熱水中反應(yīng)迅速。摻釹的釔鋁石榴石和釹玻璃可代替紅寶石做激光材料，釹和鐠玻璃可做護(hù)目鏡。

    
    圖 無需用線連接珠子，釹磁體鏈能夠把珠子連成手鐲

    钷（Pm）

    钷是繼锝之后，人工制得的第二個化學(xué)元素，是一種人造的放射性元素。钷可作熱源，為真空探測和人造衛(wèi)星提供輔助能量；也可用于制造钷電池，作為導(dǎo)彈制導(dǎo)儀器及鐘表的電源。此種電池體積小，能連續(xù)使用數(shù)年之久。此外，钷還用于便攜式X-射線儀、制備熒光粉、度量厚度以及航標(biāo)燈中。

    
    圖 使用钷發(fā)光涂料的指南針刻度盤上

    釤（Sm）

    1879年，波依斯包德萊從鈮釔礦得到的“鐠釹”中發(fā)現(xiàn)了新的稀土元素，并根據(jù)這種礦石的名稱命名為釤。釤呈淺黃色，是做釤鈷系永磁體的原料，釤鈷磁體是最早得到工業(yè)應(yīng)用的稀土磁體。相比于最強(qiáng)的釹鐵硼磁體，它可以在更高的溫度下使用。此外，氧化釤還用于陶瓷電容器和催化劑方面。另外，釤還具有核性質(zhì)，可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，屏敝材料和控制材料，使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。

    
    圖 一個有釤鈷磁體的電吉他拾音器

    銪（Eu）

    銪是一種金屬元素，銀白色，用作彩色電視機(jī)的熒光粉，在銪（Eu）激光材料及原子能工業(yè)中有重要的應(yīng)用。近年氧化銪還用于新型X射線醫(yī)療診斷系統(tǒng)的受激發(fā)射熒光粉。氧化銪還可用于制造有色鏡片和光學(xué)濾光片，用于磁泡貯存器件，在原子反應(yīng)堆的控制材料、屏蔽材料和結(jié)構(gòu)材料中也能一展身手。因它的原子比任何其他元素都能吸收更多的中子，所以常用于原子反應(yīng)堆中作吸收中子的材料。此外，可用作彩色電視機(jī)的熒光粉，這些熒光粉發(fā)出閃亮的紅色，用來制造電視熒光屏；激光材料等。

    
    圖 銪磷光劑為陰極射線管彩色電視機(jī)提供了鮮艷的紅色

    釓（Gd）

    釓為銀白色金屬，有延展性，在室溫下有磁性。金屬釓具有正好是室溫的局里點(diǎn)。金屬釓在干燥空氣中比較穩(wěn)定，在濕空氣中失去光澤；釓有最高的熱中子俘獲面，可用作反應(yīng)堆控制材料和防護(hù)材料；用釓鹽經(jīng)磁化制冷可獲得接近絕對零度的超低溫。在醫(yī)療應(yīng)用方面，釓-二乙烯二胺五醋酸（DTPA）的絡(luò)合物，正好可以像X射線造影劑鋇那樣，作為MRI（磁共振成像診斷）的畫面濃淡的調(diào)節(jié)劑來使用。在工業(yè)領(lǐng)域方面，可以制造小型高效的制冷器。

   
    圖 一小瓶釓磁共振成像造影劑

    鋱（Tb）

    鋱本身具有一種不同尋常的特性，在磁場中會改變自己的形狀。氟化鈣、鎢酸鈣、鉬酸鍶中摻雜鋱可用于制造固態(tài)器件。氧化鋱可用作彩色電視機(jī)顯像管綠色熒光粉的激活劑，并與二氧化鋯一起用作燃料電池的晶體穩(wěn)定劑。硼酸鈉鋱可用作激光材料。

    
    圖 鋱鏑鐵磁致伸縮合金棒制成的固體表面聲頻驅(qū)動器

    鏑（Dy）

    鏑為銀白色金屬，質(zhì)軟可用刀切開。在接近絕對零度是有超導(dǎo)性。鏑在空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，高溫下易被空氣和水氧化，生成三氧化二鏑。鏑主要用于制造新型照明光源鏑燈；鏑可作反應(yīng)堆的控制材料；鏑化合物在煉油工業(yè)中可作催化劑。

    
    圖 純鏑制成的硬幣

    鈥（Ho）

    鈥為銀白色金屬，質(zhì)較軟，有延展性。鈥在干燥空氣中穩(wěn)定，高溫時很快氧化；氧化鈥是已知順磁性最強(qiáng)的物質(zhì)，可用于制作摻雜鈥的釔鋁石榴石固體激光器。化合物可做新型鐵磁材料的添加劑；碘化鈥用于制造金屬鹵素?zé)?mdash;鈥燈。

    
    圖 核磁共振成像儀用鈥磁極片來聚集它們的磁場

    鉺（Er）

    鉺為銀白色金屬；在低溫下是反鐵磁性的，在接近絕對零度時為強(qiáng)鐵磁性，并為超導(dǎo)體。鉺在室溫下緩慢被空氣和水氧化，氧化鉺為玫瑰紅色。鉺可用作反應(yīng)堆控制材料；鉺也可作某些熒光材料的激活劑。它的氧化物Er2O3為玫瑰紅色，用來制造陶器得釉彩。鉺在核工業(yè)中也有一些應(yīng)用，還能作為其他金屬的合金成分。例如釩中摻入鉺能夠增強(qiáng)其延展性。

    
    圖 鉺雜質(zhì)使金屬棒產(chǎn)生粉紅色

    銩（Tm）

    銩為銀白色金屬，有延展性，質(zhì)較軟可用刀切開。銩在空氣中比較穩(wěn)定；氧化銩為淡綠色晶體。銩的用途不多，主要是做金屬鹵素?zé)舻奶砑觿A主要用來發(fā)射范圍寬廣的綠色發(fā)射線。銀白色金屬，質(zhì)軟，熔點(diǎn)時具有高的蒸氣壓。溶于酸，能與水起緩慢化學(xué)作用。鹽類（二價鹽）氧化物都呈淡綠色。

    
    圖 銩塊

    鐿（Yb）

    鐿為銀白色軟金屬，有光澤，易氧化，在空氣中緩慢地被腐蝕，溶于稀酸和液氨。能與水緩慢作用，二價鹽為綠色，可溶于水，并與水反應(yīng)，緩慢地釋放出氫氣；三價鹽無色。氧化物呈白色。有延展性的銀白色金屬，富于光澤。用于制造特種合金。用于冶金和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，鐿合金已在牙科醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用。近幾年來，鐿在光纖通訊和激光技術(shù)兩大領(lǐng)域嶄露頭角并得到迅速發(fā)展。其主要用途是作為激光器的摻雜劑。

    
    圖 高純度溴化鐿，用于照明工業(yè)

    镥（Lu）

    镥為銀白色金屬，是稀土元素中最硬和最致密的金屬。镥在空氣中比較穩(wěn)定；氧化镥為無色晶體，溶于酸生成相應(yīng)的無色鹽。自然界儲量極少，價格較貴，由氟化镥LuF3?2H2O用鈣還原而制得，用于原子能工業(yè)。镥主要用于研究工作，其它用途很少。

    
    圖 以最高純度標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的溴化镥被用于高強(qiáng)度放電光源

    鈧（Sc）

    1879年，瑞典的化學(xué)教授尼爾森（L.F.Nilson, 1840~1899）和克萊夫（P.T.Cleve, 1840~1905）差不多同時在稀有的礦物硅鈹釔礦和黑稀金礦中找到了一種新元素。他們給這一元素定名為“Scandium”（鈧），鈧就是門捷列夫當(dāng)初所預(yù)言的“類硼”元素。鈧金屬可用于航空航天，氧化鈧可用于制造高亮度電燈。用碘化鈧制造的電燈光線非常類似天然日光。

    
    圖 金屬鹵化物燈中的鈧產(chǎn)生讓人特別愉快的燈光

    釔（Y）

    釔是一種銀色的具有金屬光澤的稀土金屬，與熱水能起反應(yīng)，易溶于稀酸，它在空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，化學(xué)上它的特性與鑭相似。釔的碎屑在空氣中在攝氏400度以上可以自燃，它的粉末在空氣中很不穩(wěn)定。

    釔是一種用途廣泛的金屬，可用作鋼鐵及有色合金的添加劑。含釔6%和鋁2%的氮化硅陶瓷材料，可用來研制發(fā)動機(jī)部件。釔鋁石榴石Y3Al5O12用作激光材料，用功率400瓦的釹釔鋁石榴石激光束來對大型構(gòu)件進(jìn)行鉆孔、切削和焊接等機(jī)械加工。由Y-Al石榴石單晶片構(gòu)成的電子顯微鏡熒光屏，熒光亮度高，對散射光的吸收低，抗高和抗機(jī)械磨損性能好。含釔達(dá)90%的高釔結(jié)構(gòu)合金，可以應(yīng)用于航空和其它要求低密度和高熔點(diǎn)的場合。此外，釔還用于耐高噴涂材料、原子能反應(yīng)堆燃料的稀釋劑、永磁材料添加劑以及電子工業(yè)中作吸氣劑等。

    
    圖 金屬釔鑄塊

    好了，全部的稀土元素就介紹完畢了。