元素的世界——No.57-71镧系（镧La-镥Lu）

　　大家好！

　　我是北京大学化学与分子工程学院本科03级学生云松，下面由我将为大家演讲化院版上经典的《元素的世界》栏目中属于今天的部分。与以往同学所做工作不同的是：我将要讲述的元素，不是一个，而是一组。哪里的一组呢？是旁边的一组——想必在座的不只有化院的师生，或许您对元素周期表中的种种学问还不大了解，但是我想这张表的概貌在我们每个人的心中还至少还存有几分印象吧：想想这宏伟的元素大厦的南边，是不是还坐落有两排精致的平房？今天我便为大家介绍这朝阴面儿的一排平房中居住的15个拥有着传奇的往事、广泛的用途、奇妙的性质以及冷僻的名字的过渡金属元素，它们共同组成了一个元素系，名字叫：镧系。

　　提起“镧系”便不得不提“稀土”，后者是镧系元素以及居住在元素大厦本座当中标记着镧系位置的那个格子的正上方的两位：钪和钇。所谓的“稀”，是指它们矿藏分散，又大量共生，致使发现和分离都比较困难，因此不大好像铁了铜了之类的常见元素一样一下子拿到很多的纯品；所谓的“土”，是指它们的常见存在形态：金属氧化物，一种种的都没有光泽，好像土壤一样。其实对“稀土”一词的解说在前面介绍钪、钇两元素的文章中进行得已经相当充分了，我在这里想补充的一点是：作为稀土金属的镧系元素，其实是既不“稀”，也不“土”的。

　　镧系元素不“稀”——各个能从地壳中找到，而且除了那个冷僻的“钷”外各个的储量还都挺丰富：在地壳中的质量分数全在十的负四次方量级上，就连含量相对较少的铥了钬了的来说，也比生活中非常常见的汞和银来得多呢。

　　镧系元素也不“土”——它们全都被国家定为了战略储备资源，并且其中任何一种拿出来都具有着奇妙而独特的功用，其中不还乏特别“牛”的：把它们加到炼制中的钢里，它们便会自觉地去“俘虏”那些危害钢材性能的硫、磷两种元素，由此大幅提高钢的品质。

　　把它们加到熔融的铸铁里，它们便会去“指挥”铁中广泛存在的，原本程层状分布的碳元素便会聚成一个个的小球，从而使得铸铁一下子具有了钢的韧性。把它们安放在炼油炉中，它们便会找出石油里面过大的分子，并且轻易地斩断它们的骨架，使它们通通变成用途广泛的汽油。

　　把它们加入玻璃中，它们便会为玻璃带来特殊的、纯正的颜色和光泽。在原子能领域里，钆、钐、铕、镝四种强烈吸收中子的元素肩负着控制反映进程和保护人员安全双重的责任。

　　在固体激光领域中，掺有钕元素的激光玻璃扮演着重要的角色。
　　在医学领域中，用镝、铒、铥、镥的放射性同位素制成的药物可以有效地控制和杀灭体内的肿瘤。
　　在农业领域里，镧、铈、铺、钕、钐、铕、钆的混合硝酸盐又能起到促进植物生长、吸肥的神奇功效。

　　怎么样，眼花缭乱了吧！其实镧系元素的功用还远远不止这些，随着科技的发展，它们还将在国民经济中担当起更为重要的角色呢。尽管如此，我今天的宣讲还并不仅仅要针对它们的这些重要的用途，因为这一组元素的魅力还不仅如此。

　　不知您刚才又没有留意过镧系元素在周期表中这一独特的位置，其实我在讲“稀土”的时候也曾提到，它们十五个家伙，其实在“大楼”里面，也拥有，但仅仅拥有着一个房间。造成这一现象的原因，往深里讲，是原子核外电子排布的方式，决定了在这一个位置上，必然出现一个15人争一地的矛盾。但如果您对枯燥的理论并不感兴趣的话，也可以简单地理解成：这15位之间彼此太有共同语言了，不把它们排在一起，怕是将要招来抗议。周期表里这样，在现实中更是如此：镧系的各个元素，彼此之间如此的亲密，以致他们的矿藏往往混合在一起，以致1794年芬兰化学家加多林便发现了被他称作“钇土”的钇（注：它不是镧系元素的一员，而是居住在“大楼”里镧上一层正对着的那屋里的那位）、铽、钪（注：这位也不是，它住在钇的上面铥、铒、镥、镱、镝、钬这9种元素（它们被统称为“重稀土”）的混合氧化物，而直到20世纪初，这些元素才被各个分离。而1803年德国化学家克拉普罗特和瑞典两位化学家勃齐利乌斯、黑新格共同发现的由镧、铈、钆、铺、钕、钐、铕7种元素（它们被统称为“轻稀土”）组成的混合氧化物“铈土”的分离同样拖了一百多年的时间。当这百余年中的两万多次的分离实验终于悉数完成之后，稀土化学家们终于长舒了一口气说：镧系这么多的元素，终于全都找齐了……

　　“不对，还有我呢！……”是钷的声音。
　　啊不好意思，把你给忘了……

对不起大家，其实还没找齐，自从天然产物的分离实验全部结束之后，寻找第61号元素钷的工作便一直没有停止。令化学家们感到困惑的是：无论是从“钇土”还是从“铈土”中都找不到哪怕是一点钷的踪影。最后还是搞核物理的人出来帮着推算了一下，却得出“61号元素根本没有稳定的同位素”的结论。

怎么办呢？有办法，不过还是核物理的办法：人们找来已经发现的，就是那种可以做激光器的钕来，用高能中子作炮弹，猛烈地轰击了一下，被击中的钕经过一次beta-衰变之后，终于得到了化学家们梦寐以求的最后一个镧系元素——第61号：钷。当然，钷在天然的高品位沥青铀矿中其实也有少量的分布，不过天然钷的发现，已经是1947年的事了。

　　镧系元素凑齐了，我要说的也快凑齐了。很高兴今天有机会一下子为大家介绍15个有趣的元素以及与之相关的这些事情，讲得我挺高兴的，相信听得大家也高兴了。好吧，我的演讲到此结束，谢谢大家！