稀土的自述，本文主要内容关键词为：稀土论文,自述论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我叫稀土，英文名是Rare Earth，认识我吗？也许你还记得《元素周期表》下部的那两栏附表，其上栏“镧系”即指我，共计15个元素，依次为镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、 钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、 铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）。此外副族元素钪（Sc）、钇（Y）因和镧系元素颇为亲近，也一起归到了我“稀土”家族中，由于本家族成员的物理、化学性质相似，并且总是共生、伴生在一起，所以人们也称我们为“稀土17姐妹”。
我的名字“稀土”的得来完全是由于历史的原因。1794年，芬兰的J.加多林首次发现了本家族的钇元素。随后，其他各元素也陆续被人们发现。当时的人们习惯于把不溶于水的固体氧化物称作“土”，而本家族的元素大部分以固体氧化物的形式存在，且不溶于水，再加上当时分离出来的稀土元素的数量非常稀少，因而就被称为“稀土”了。
也许你会觉得我是一种稀少之土，稀为人知的土。其实，我既不稀也非土，我在地球上的含量比你们熟悉的铅、锌还要多，并大大超过金和铂的含量，其储量可供人类开采使用500年以上，比铁（100年）、锌（30年）和铜（40年）长得多。只不过我在地壳中过于分散，难以提取罢了。下面，我就来详细介绍一下本家族。
自我解剖
你一定知道每种元素都是由原子组成的，而原子又是由带正电的原子核和带负电的电子组成的。核外的电子只能在一些固定的圆形或椭圆形轨道绕核旋转，呈多层分布，这些层常用K、L、M、N、O、P、Q 等字母来表示。不同层的电子具有不同的能量（即处在不同的能级），即使处在同一层的各个电子，其所处的能级也多少有些不同，因此一个电子层又可划分为一个或几个电子亚层，每一亚层也代表一定的能级，常用s、p、b、f（按能级从低向高排列等字母表示。）
每一电子层和电子亚层的电子数目有一定的数额限制。接下来，就请大家看看我们稀土元素的核外电子排布，因为这与我们的物理、化学特性紧密相关。
首先，来看看钪原子的电子排布。钪有21个电子，它的前10个电子把K、L层填满了，剩下11个电子不是全部填充在M层，而是在M 层上放9个，其余两个放在4s亚层，排布式为
钇比钪多18个电子，除了把K、L、M层填满外，剩下的11 个电子也和钪一样，不是全部填充在第4层，而是在第4层放了9个电子，其余2个就放在第5层，排布式为
那么，镧系兄弟的电子又是怎么分布的呢？镧是第57号元素，它有57个电子，除了把K、L、M层填满外，在N层放了18个电子，O层放了9个电子，剩余的两个电子填充在P层。请看镧元素的第4层，如果该层被填满应该有32个电子，可是这层只放了18个电子，这就是本家族成员核外电子排布的特点：第4层未填充的电子数，在6s亚层填充了2个后，再回过头来向低层号轨道填充，即镧系原子的电子结构型可
4f[0～14]5s[2]5p[6]5d[0～1]6s[2]。由此可见随原子序数增加，所增加的电子主要排布在4f亚层上，而其他各层的结构基本保持不变。
在正常状态下，原子最外层的电子数不能超过8个。 本家族成员的最外层电子数都是2个，且电子层数也一样，都是6个电子层、15个电子亚层。就是这种“特别”产生了大家很熟悉的“镧系收缩”（随着原子序数增加，镧系元素的原子半径不但没有增大反而稍有减小）。这是由于随着原子序数的增大，所增加的电子主要填充于较内层的4f亚层上，使电子和原子核之间的吸引力不断增加，从而压缩了原子的尺寸。这种“特别”产生了许多外在的优异特性。
优异特性
我的外表很朴素，一般具有与铁或银相似的光泽，在某些情况下带有或多或少的棕色或黄色。我们的电阻系数要比铝高25～50倍，比铜高40～70倍。
我属于过渡类元素，但紧靠金属元素类，事实上我的金属性也很强，仅次于碱金属和碱土金属。如我和冷水作用比较缓慢，但和热水作用相当剧烈，可以放出氢气。我也很容易溶解在酸中，生成相应的盐类，而不和碱作用。我还有个习性，喜欢和氧化合，生成稳定的氧化物（R[,2]O[,3]），在空气中氧化最剧烈的是镧和铈两个成员。我的燃点很低，如镨为290℃，铈只有165℃，可是燃烧时会放出大量的热。此外，我可以产生多种多样的电子能级，可以吸收从紫外线、可见光线到红外区的各种波段的电磁波。
奇功异能
大家都知道，在钢铁的原料中，总是含有少量的硫、磷、氧等有害杂质。别瞧它们的含量少，可是危害却不小。钢铁中有了硫，在进行加热时，钢材容易脆裂；钢材中有了磷，冷加工时容易脆裂。因此，硫、磷这些有害杂质常被比作“钢材中的白蚁”！那么，如何把硫、磷从钢水中除去呢？那就要靠我了。我是典型的金属元素，性格非常活泼。在钢水中加入适量的我，硫、磷这些有害杂质遇见我后，便乖乖地“投降”，投入我的怀抱，和我形成难溶的稳定化合物，浮在金属表面，与熔渣一起被清除出去，于是钢材的性能（冲击、韧性、各向异性等）得到改善。
现代建筑大量使用玻璃。普通的玻璃无色透明，是不是显得有些冷清单调？如果在玻璃之中加入少量的我，立即就能给玻璃带来五颜六色。如加入铈化合物，玻璃会变成黄色；加入镨，玻璃变成绿色；加入钕，玻璃变成紫色；加入铒，玻璃变成红色，同时加入钕和硒，玻璃变成玫瑰色。看，我是不是把玻璃打扮得绚丽多彩、婀娜多姿啊！我不仅是玻璃的着色剂，还是玻璃的脱色剂，还可以使玻璃变得更加晶莹透明，并提高玻璃的强度和耐热性，使玻璃在长期日晒雨淋中不变化。
我在陶瓷工业中也颇受欢迎。如可以把铈、镨、铒和钕等的氧化物添加到陶瓷原料中，作为陶瓷的着色颜料，所得到的陶瓷制品具有色彩鲜艳、稳定、均匀等优点。掺合了我的陶瓷，能够在更高的温度下工作，避免或减少陶瓷产生裂缝。
在农业中，我也是不可缺少的。目前人们仅仅将我用作植物生长的生理调节剂，每亩农田仅施用15～20克，就可使粮食作物增产10％，经济作物增产15％。
除此之外，我在高技术领域中还占据着霸主的地位，人们不断地重视我、研究我，于是我成了新材料宝库的庞儿。在荧光材料领域，我的特殊的电子结构及其各能级电子跃迁产生的特殊光谱，可用于制作彩色电视及各类显示系统的红色荧光体，也可以用来制造三基色荧光灯荧光粉，具有高亮度、高显色、长寿命等特点；在磁性材料方面，由于我具有特殊的磁性能，可制造出各类超级永磁体，比传统磁体的磁性能要高出4～10倍，其他磁性能也远高于传统磁体。 由于该类磁体在各类电机、核磁共振成像装置、磁悬浮列车、光电子等高技术领域中有着广泛的应用前景，所以人们认为由我构成的永磁体将引起世界电机制造业的一场革命。此外，一些磁光材料、储氢材料、磁制冷材料、磁致伸缩材料以及目前发展迅速的激光材料、超导材料、光导纤维、燃料电池等也离不开我。怎么样，我这个材料宝库的宠儿没有让你失望吧？
我在这儿
上天赏赐了那么多的奇异功能给我，使我成为一种神奇之“土”，那么怎样才能找到我呢？
其实，我就生活在自然界中的200多种矿物里。 现在可供人们开发利用的大约有50种，其中最多的是硅酸盐类，有20种，如褐帘石、硅铍钇矿、兴安矿；其次为氟碳酸盐类，有16种，如氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、黄河矿；氧化物类11种，如褐钇铌矿、钇易解石、黑稀金矿；磷酸盐类6种，如独居石、磷钇矿、磷灰石等。这些矿物大多貌不惊人，五彩缤纷的只是少数（见本期彩页），但它们在地壳中的分布却有一定的规律，通常与碱性岩、碱性超基性岩、碳酸岩、碱性花岗岩有关，而这些岩石大多分布在裂谷构造带内或板块边缘的区域性深断裂层内及其附近，呈复合岩体（由多种岩石组成的岩体）产出。同时，这些矿物常与含铁、钛、铀、钍的矿物共同产出，如钛铁矿、金红石、锆石等，因此要是发现了这些矿物，那我很可能就在它们的身边，换句话说，只要有我在的地方，重力、磁力和放射性多数会产生异常。人们往往就是通过这些方法来寻找我的。
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