2019年是元素周期表誕生150周年，已經有118種元素在這張表上找到了屬於(yu) 自己的位置。在第Ⅲ副族有一群特殊的元素，它們(men) 又被稱作稀土元素，是當今各種高精尖領域是必不可少的金屬元  

　　一座因元素出名的村莊 

　　離斯德哥爾摩不遠的Resarö島上，有一個(ge) 叫做伊特比（Ytterby）的村莊，它是化學史上有舉(ju) 足輕重的地位。在化學家中，都存在一種對該村莊的誇張描述：元素周期表可以分為(wei) 兩(liang) 部分，一部分叫Ytterby元素，另一部分叫其他元素。盡管伊特比隻是一個(ge) 小村莊，其對元素周期表的貢獻非常大，世界其他地方能發現2個(ge) 元素的都屈指可數，但在伊特比就直接產(chan) 出並根據Ytterby命名了4種，而還有3種也是因該地的一塊礦石才得以被發現，也就是說這塊土地讓元素周期表上拓展了7種元素。 

　　當然要在一個(ge) 地方同時發現如此多的元素，和元素的性質有很大關(guan) 係。伊特比區域發現的這些元素都屬於(yu) 稀土金屬，稀土金屬有一個(ge) 很大的特點，就是其是由許多元素混合在一起組成的，當你獲得一塊天然的稀土金屬，基本上就獲得了幾種不同的元素。而伊特比就是這麽(me) 一個(ge) 地方，富含稀土礦藏。根據考古學家推測，在上一個(ge) 冰川期結束時，冰川消融帶走了該區域大部分表層土壤，因此這些底層的稀土礦藏就暴露出來，很容易被開發。 

　　最初，伊特比並不是為(wei) 了采集稀土資源而存在的，其礦場僅(jin) 僅(jin) 隻是用來尋找一種叫做長石的礦物。長石是用來製作陶瓷的重要原料，馬可波羅於(yu) 14世紀初期將陶瓷引進至歐洲後，歐洲人開始瘋狂地愛上了這種實用且高效的舶來品。幾百年來這裏的礦工都會(hui) 從(cong) 挖出的礦藏中選出長石，其他的就當做廢棄物直接倒掉，直到1787年，Seva炮兵團中尉卡爾·阿克塞爾·阿倫(lun) 尼烏(wu) 斯（Carl Axel Arrhenius）注意到了長石采礦場中一塊棄置的黑色礦物碎片，他將其送給了化學家朋友約翰·加多林（Johan Gadolin）進行分析。後來，這塊碎片成了意義(yi) 非凡的礦石:人們(men) 從(cong) 此開始對稀土元素展開了長久的探索。 

　　伊特比采石場。圖片來源：Wikipedia 

　　一塊改變元素史的礦石 

　　卡爾本身的工作其實和礦石沒太大關(guan) 係，但事情很奇妙，他在瑞典皇家鑄幣廠工作時認識了研究礦石的化學家Peter Jacob Hjelm，卡爾也耳濡目染地對化學和礦物產(chan) 生了興(xing) 趣。因此當他在礦場發現這塊從(cong) 未見過的黑色礦石後，直覺告訴他這塊礦石並不普通，他將其以發現地伊特比村為(wei) 名，叫做“ytterbite”石塊（現已知為(wei) 矽鈹釔礦），並送給了加多林檢驗。 

　　收到樣品的加多林經過認真分析，發現樣品中約有38%為(wei) 某種金屬氧化物，他將該氧化物命名為(wei) “yttria”。這一刻開始，稀土金屬中的元素開始逐漸浮現在了元素周期表中。為(wei) 了直觀地展示村莊名Ytterby是如何變成元素名的，我們(men) 可以看下最先發現的4種稀土元素的名稱，它們(men) 分別是yttrium（釔），terbium（鋱），erbium（鉺），ytterbium（鐿），幾乎都是選取了村莊名的部分。 

　　之後加多林多次對礦石進行了分析，他最終確定這塊礦石的氧化物成分為(wei) 氧化釔（Y2O3），這也是最早被發現的稀土金屬化合物，加多林在1794年發表了這項結果。然而，Y2O3還不是元素單質，直到1828年，Friedrich Wöhler通過鉀還原氯化釔得到了釔單質。元素周期表上39號位的釔元素，終於(yu) 安頓下來了。 

　　從(cong) 1787年這塊礦石被發現，到釔元素聞名於(yu) 世經曆了兩(liang) 百年。1987年高溫超導體(ti) 誕生，它在極低的溫度（-180℃）下也具有強磁性，這個(ge) 溫度對於(yu) 常規超導體(ti) 來說已經很高了，因此它也被應用於(yu) 精密的核磁共振的設備中。而這種高溫超導體(ti) 就用到了釔元素（實際為(wei) 釔鋇銅氧化物），至此釔的商用價(jia) 值也被逐漸開發出來。 

　　這塊礦石上端黑色部分，就是當年中尉發現的物質ytterbite，中文名矽鈹釔礦。圖片來源：Joshua Howgego 

　　一連串稀土元素 

　　因為(wei) 稀土元素同屬於(yu) 第Ⅲ副族，它們(men) 的原子結構很相似，而其中的15種鑭係元素的最外層電子軌道完全一樣，區別僅(jin) 在於(yu) 次外層電子。這些相似的電子排布會(hui) 讓這些金屬的化學性質很相似，幾種稀土元素經常紮堆出現，很難進行分離。因此，當年從(cong) 伊特比村裏發現的矽鈹釔礦中提取的釔並不純粹，還含有其他稀土元素。 

　　1843年的時候，卡爾·古斯塔夫·莫桑德爾（Carl Gustaf Mosander）分析了礦石中的Y2O3成分，他發現礦石並不是隻由氧化釔構成的，其還含有氧化鉺（Er2O3）和氧化鋱（Te2O3），他將這些氧化物依次用伊特比村莊命名為(wei) yttria、erbia和terbia，相對應的，3種金屬的名稱就是yttrium（釔），erbium（鉺），terbium（鋱）。 

　　鉺和鋱都是從(cong) 矽鈹釔礦中分離出來的，但它們(men) 的顏色並不一樣，釔呈現出白色，鉺呈現出粉紅色，鋱則呈現出黃色，因此從(cong) 顏色上就能很好地區分這三種元素，如果你買(mai) 到了一些粉色或者玫瑰色的玻璃狀物體(ti) ，裏麵很可能就含有鉺。如今，鉺被用在一些皮膚科或牙科中使用的鉺激光機器中，因為(wei) 其不會(hui) 穿透人體(ti) ，可以針對性地治療皮膚和牙齒疾病。而鋱經過硫酸化後，能夠產(chan) 生黃綠色的熒光，因此被應用於(yu) 顯示屏發光係統中。 

　　1878年，瑞士化學家馬利克納（J.C.G.Marignac）從(cong) 鉺中分離出一種新元素，他同樣以伊特比為(wei) 該元素起名為(wei) ytterbium（鐿），鐿元素最出名的是其被應用在了原子鍾中。隨後在1879年，瑞典化學家尼爾森（L.F.Nilson）采用馬利克納的方法從(cong) 鉺中分離鐿，並分別測量兩(liang) 種元素的原子量。結果尼爾森測的鐿原子量卻比馬利克納測得的輕，他認為(wei) 這是鐿中混有其他原子量較小的元素造成的。尼爾森繼續分離鐿，發現了鈧，克裏夫從(cong) 鉺中分離出鈥和銩。至此，從(cong) 卡爾中尉拿到這塊黑礦石，到元素全部解析出來，曆經了近百年。 

　　來自伊特比村莊的七種稀土元素發現史 

　　在伊特比發現的七種元素不僅(jin) 僅(jin) 是元素周期表上的珍寶，更是構成先進技術的基礎：釔的導電電阻幾乎為(wei) 零，構成了高溫超導體(ti) 的一部分；鋱用於(yu) 風力發電機的儲(chu) 能；鉺摻雜的光纖放大器能補償(chang) 通訊係統中的光損耗，稀土金屬在這些高精尖領域的優(you) 良表現使得其成為(wei) 了控製世界經濟走向的一大因素。正是由於(yu) 其稀缺性及不可替代性，稀土元素也成為(wei) 各國長期博弈的焦點。 

　　伊特比村莊釔路上的一座房子圖片來源：Joshua Howgego 

　　而如今，伊特比礦區已經成為(wei) 了高級住宅區，昂貴的房子矗立在以自然元素命名的街道上，原先的礦入口貼著ASM International society頒發的紀念牌，這片相繼發現了七種稀土元素，並命名了其中四種元素的沃土已逐漸變換了模樣。 

　　參考來源： 

　　Д.Н.特立豐(feng) 諾夫,В.Д. 特立豐(feng) 諾夫.化學元素發現簡史[M]北京:科學技術文獻出版社,1986:133-139 

　　https://www.newscientist.com/article/2194112-the-village-where-more-elements-were-discovered-than-anywhere-else/ 

　　https://www.slate.com/articles/health_and_science/elements/features/2010/blogging_the_periodic_table/ytterby_the_tiny_swedish_island_that_gave_the_periodic_table_four_different_elements.html 

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Ytterby 

　　https://blogs.unimelb.edu.au/sciencecommunication/2016/10/15/the-ytterby-elements/ 

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