【史海回眸】1947年，稀土家族“集齊”

【環球時報綜合報道】開欄的話：近日，中國科研團隊發現了新稀土礦物“釹黃河礦”。稀土是不可再生的稀缺性戰略資源，被廣泛應用於尖端科技領域和軍工領域，有“新材料之母”之稱。在全球科技革命加速的大背景下，各國對稀土資源的爭奪愈演愈烈。那麼，歷史上稀土是如何進入人類視野的？從本期開始，史海回眸版將推出“當人類發現稀土”系列報道，回溯人類發現稀土元素的過程，稀土在工業、軍事方面的早期應用，及其對地緣政治的影響。

在化學元素週期表中，稀土指的是鑭系元素和鈧、釔共17種金屬元素的總稱，包括鉕、釓、鑥，等等。如今，手機屏幕、數碼相機，甚至導彈、雷達、潛艇中都有稀土元素的身影。而稀土元素最早被發現，源於1787年的一次偶然。

瑞典軍官在採石場的意外發現

人類“稀土之旅”的開啓與一名瑞典軍官在採石場的意外發現有關。瑞典陸軍中尉卡爾·阿克塞爾·阿倫尼烏斯當過炮兵軍官，曾被指派前往瑞典皇家鑄幣廠實驗室研究火藥特性，化學家指導他進行火藥測試，激發了他對化學和礦物學的興趣。也是因為對化學的興趣，阿倫尼烏斯1787年前往瑞典伊特比採石場參觀時，意外發現了一種獨特的黑色礦物，這立即引起他的關注。如果換一個人，人類或許就不會這麼快發現稀土。

伊特比的採礦活動始於17世紀，那裏本是石英礦場，當時歐洲人追捧瓷器，於是在此開採燒製陶瓷的原料，一直持續到1933年礦場關閉。

阿倫尼烏斯發現的這種形似瀝青的黑色礦物異常沉重，他將其寄送到今圖爾庫的皇家學院化學家約翰·加多林處進行專業分析。加多林是芬蘭化學家、物理學家和礦物學家，拿到這件“奇怪的東西”後不斷研究，加多林把這塊岩石熔化，得到了一種棕色的有氣泡的物質。接着，他改變這種物質的温度，加入硝酸、水、氧化銅、碳酸鈉和其他物質，同時記下它們的實驗結果。1794年，加多林意識到自己發現了一個“新傢伙”，他在給一位朋友的信中寫道：“我很激動，我敢説我發現了一塊‘新大陸’。”

1794年，加多林在其發佈的研究報告中稱，阿倫尼烏斯送來的樣品中大約有38%是此前未知的“土”（當時化學元素概念尚未確立）。他將自己分離出來的首種稀土金屬化合物命名為釔。1797年，加多林的研究成果得到科學界承認，就這樣，人類擁有了首種稀土金屬。由阿倫尼烏斯發現、加多林分析研究的礦物在1800年被重新命名為硅鈹釔礦。加多林因此聲名鵲起，後來還被冊封為騎士。

挑戰是找到分離的方法

伊特比礦裏的發現是眾多科學家跨國開展稀土研究的開端。因為稀土元素在化學性質上的高度相似性，許多所謂“新發現的元素”並非單一物質，是由多種不同稀土元素混合而成的化合物，這使得科學界對稀土元素的化學性質研究一度舉步維艱，科學界面臨的重大挑戰是找到分離它們的方法。

19世紀，對於歐洲化學家而言，發現一種新元素是能帶來名譽的活動。1803年，瑞典化學家永斯·雅各布·貝採利烏斯和威廉·希辛格等人幾乎同時宣佈他們從礦物中分離出一種新元素鈰。1839年，瑞典化學家卡爾·古斯塔夫·莫桑德爾開始系統地分析混合稀土，發現並命名了鑭、鉺和鋱。19世紀下半葉，化學家古斯塔夫·基爾霍夫和羅伯特·本森發展了光譜學，推動了通過檢查光譜來識別稀土元素的技術。1880年，瑞士化學家讓·馬利格納克在研究鈮釔礦時發現了一種以前未知的氧化物。幾年後，其他科學家證實了一種新稀土元素的存在，並將其命名為釓。

卡爾·奧爾·馮·韋爾斯巴赫是羅伯特·本森的學生，1880年在德國海德堡大學就讀時，韋爾斯巴赫開始研究稀土元素。作為一名熟練的實驗室化學家，他證明了當時被認為是“一種元素”的釹鐠混合物實際上是兩種稀土元素的結合體。

神秘的61號元素

稀土元素鑥於1907年被發現，不過當時無人知曉稀土元素究竟有多少種。在1913年至1914年間，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾和英國物理學家亨利·莫斯萊解決了這一難題。以玻爾提出的氫原子理論為基礎，人們認為存在14種鑭系元素。莫斯萊的實驗研究不僅驗證了其中13種元素的存在，還揭示第14種鑭系元素應為61號元素。

20世紀20年代，科學家們對61號元素的探尋可謂如火如荼。1926年，意大利佛羅倫薩大學與美國伊利諾伊大學的科研團隊相繼宣稱發現了這種元素，並分別將其命名為“佛羅倫薩元素”和“伊利諾伊元素”，但這些説法始終未能得到驗證。

直到1947年，美國原子能委員會下屬的田納西州橡樹嶺國家實驗室的科學家們成功分離出61號元素，並將其命名為鉕。至此，人們將元素週期表中17個性質相近的元素全部找到，把它們列為一個家族，取名稀土元素。

隨着20世紀原子物理學的發展，1939年，德國科學家奧托·哈恩與其他國家科學家發現鈾的核裂變，並在裂變產物中鑑定出稀土元素，稀土元素獲得了新的戰略地位。 

二戰後的美蘇冷戰時期，美國和蘇聯兩國都投入巨資加大在稀土領域的研究與發展。美國空軍研究人員在20世紀60年代開發出釤鈷磁鐵，即使在非常熱的情況下，這種材料仍能保持其強大的磁性，從而發展出更先進的雷達儀器。蘇聯冶金學家在20世紀80年代使用鈧使鋁變得更強更輕，從而提高了米格-29戰鬥機的性能。（候濤）