稀土元素 至关重要
谢懿 编译
谢懿 编译
从电脑和耳机的小型化到混合动力汽车,现今稀土元素在我们的日常生活中已经起到了至关重要的作用。现在就让我们来更好地认识一下这些保证着当今世界正常运转的稀土元素。
镧:驾驶的乐趣
稀土元素既不稀有也不是土。它的这个名字可追溯到18和19世纪,当时这些元素首次从稀有矿物质中被分离出来。“稀土”一词由此诞生,但这些元素本身却相当普遍。
镧,首次发现于1893年,就是一个很好的例子。在地球上镧比银或铅都多,是第二丰富的稀土元素,但早先它们的用途并不多。20世纪70年代末和80年代初的矿业公司把大多数的镧封存入库,待它的价格上升之后再卖出。这一天已经到来了。
今天,每辆行驶在道路上的丰田普瑞斯混合动力汽车都会携带大约4.5千克的镧。然而,绝大多数的普瑞斯车主甚至都不知道他们每天都在使用这种稀土元素。
这是因为这种汽车的电池被称为“镍-金属氢化物”电池。这里的“金属”其实就是镧,但它连名字都被忽略。这是电池技术的一个重大突破,镍-镧氢化物电池的体积更小,但效率却是标准铅酸汽车电池的2倍。
铕:电视的救世主
19世纪的英国化学家威廉·克鲁克斯(William Crookes)爵士曾经写道:“稀土元素困扰着我们的研究,使我们在猜想中挣扎,萦绕在我们的梦中。”稀土元素很难被分离或者了解,因此从发现它们到认识到它们的实际用途之间往往存在着长时间的空白期。
铕是首个被分离的高纯度稀土元素,作为电视机红色的来源于1967年进入了公众市场。在铕之前已经有了彩色电视机,但颜色效果较差。这些彩电使用荧光粉来获得红、绿、蓝三色,而早期的荧光粉无法产生明亮的红色。铕荧光粉彻底改变了这一局面。
今天,铕仍然用作荧光粉,但随着阴极射线管电视正在逐渐被淘汰,它更有可能会被用到白光LED(发光二级管)灯上,这些LED也许有一天会作为更节能的照明设备替换所有的白炽灯和小型荧光灯。有了这项技术,通过混合不同颜色的LED就能输出白光,铕所产生的红色恰好是其中一个重要的组成。
铒:粉红世界
铒的应用都非常重要,但也有点“傻”。例如,在玻璃中添加铒是使得它们具有稳定粉红色调的唯一方法。因此,掺铒玻璃大量出现在了太阳镜和装饰花瓶中。而与此同时,铒也保持着全球各地信息流的通畅。往用来传输光脉冲的光纤中添加一点点铒可以放大这些信号。它也能用作放大激光的增益介质。由此产生的激光可用于牙科手术和皮肤治疗,因为它不会在激光照射到的皮肤上积聚过多的热量。
铒是稀土元素实际应用的绝佳范例,很少有地方会大量使用某一种稀土元素。
它们往往是被用作少量的添加剂来生产复合材料和合金。从这个角度来看,稀土元素有点像维生素。
钕:小巨人
很久很久以前,没有一个简便的方式能让你一边慢跑、一边听着你最喜欢的歌曲。稀土元素改变了这一切。其关键是磁铁。从硬盘驱动器到耳机再到任何一个需要小型电动马达的东西,基本上只要其中一个部件需要能够转动的话,就能看到磁铁的身影。为了能产生强大的磁场就需要用大型的磁铁,由此也导致了大而重的零部件。
然而,在20世纪70年代末,索尼推出了一种(相对)小而(相对)便携的音乐播放器——随身听。是什么使得它们能够瘦身的呢?磁铁。具体来说,是用稀土元素钐制成的磁铁,它比当时所有的磁铁都更小、更强。今天,钐磁铁已经被甚至更小、更强的钕磁铁所取代。这完全得益于磁铁的小型化。但它们同时在让笨重的技术变得更轻巧更廉价,例如能将风能转变成电能的涡轮机以及能深入地下寻找石油的钻机。