大多数美国人每天都使用稀土元素 – 不知道它，或者知道他们做了什么。这可能会改变，因为这些不寻常的材料正成为 美中贸易战升级的焦点。
Stanley Mertzman是一位地质学家，他的专长是岩石和矿物的X射线分析，以确定他们的化学成分，并在富兰克林和马歇尔学院教授矿物学，更多地解释了这些鲜为人知和迷人的元素 – 以及他们使现代电子学成为可能。
1.什么是稀土元素？
严格地说，它们是元素周期表中的其他元素 – 例如碳，氢和氧 – 原子序数为57到71.还有两个具有相似性质 的有时与它们组合在一起的元素，但主要的稀土元素是那些15.为了制造第一个镧，从钡原子开始，加入一个质子和一个电子。每个连续的稀土元素再添加一个质子和一个电子。
镧元素的电子图，是镧系元素稀土元素之前的最后一个元素。- Image Credit Greg Robson和Pumbaa， CC BY-SA
重要的是有15种稀土元素：化学学生可能会记得，当电子加入到原子中时，它们会聚集成一组或多层，称为轨道，就像核的靶心周围的目标的同心圆。
任何原子的最里面的目标圆可以包含两个电子; 添加第三电子意味着在第二目标圆中添加一个。接下来的七个电子就是这样 – 在此之后电子必须进入第三个目标圆，这个圆可以保持18个。接下来的18个电子进入第四个目标圆。
镧原子的电子图，其第五轨道比钡还多一个电子。图片来源： Greg Robson和Pumbaa， CC BY-SA
然后事情开始有点奇怪。虽然第四个目标圆中仍有电子空间，但接下来的八个电子进入第五个目标圆。尽管在第五个中有更多的空间，但接下来的两个电子进入第六个目标圆。
那时原子变成钡，原子序数为56，而早期目标圆中的那些空位开始填充。再添加一个电子 – 制造镧，这是稀土元素系列中的第一个 – 将电子放入第五个圆圈。添加另一个，使铈原子序数为58，在第四个圆圈中加入一个电子。制作下一个元素镨，实际上将第五个圆圈中的最新电子移动到第四个，并再添加一个。从那里， 额外的电子填满了第四个圆圈。
铈在其第五个轨道中还有一个电子，在钡的第四个轨道中还有一个电子。- 图片来源： Greg Robson和Pumbaa， CC BY-SA
在所有元素中，最外圈中的电子很大程度上影响元素的化学性质。由于稀土具有相同的最外层电子构型，因此它们的性质非常相似。
稀土元素真的很罕见吗？
不，它们在地壳中比许多其他有价值的元素更丰富。即使是最稀有的稀土，原子序数为69的th，也比黄金高出125倍。原子序数为58的最不稀有的稀土铈比黄金丰富了15,000倍。
从某种意义上说，它们很少见 – 矿物学家称它们为“分散的”，这意味着它们大多以相对较低的浓度撒在地球上。稀土通常存在于称为碳酸盐岩的稀有火成岩中 – 没有像夏威夷或冰岛的玄武岩那么常见，或者来自圣海伦火山或危地马拉的火山火山的安山岩。
最稀有的稀土元素，th。- 图片来源： Jurii， CC BY
如果它们不稀罕，它们是否非常昂贵？
是的，相当。在2018年，原子序数为60的钕氧化物的成本为每公吨107,000美元。到2025年，价格预计将攀升至15万美元。
铕的成本更高 – 每公吨约712,000美元。
部分原因是稀土元素在化学上难以彼此分离 以获得纯物质。
4.什么是稀土元素有用？
在20世纪后半叶，原子序数为63的铕 在视频屏幕（ 包括电脑显示器和等离子电视）中作为彩色荧光粉的作用得到了广泛的需求。它对于吸收核反应堆控制棒中的中子也很有用。
一个小钕磁铁立方体 – 图片来源： XRDoDRX， CC BY-SA
其他稀土也是 当今电子设备中常用的。例如，原子序数为60的钕是一种强大的磁铁，可用于智能手机，电视机，激光器，可充电电池和硬盘驱动器。一个特斯拉的电动车电机的即将推出的版本 也有望使用钕。
自20世纪中叶以来，对稀土的需求稳步上升，并且没有替代它们的真正替代材料。与稀土一样重要的是现代技术型社会，以及开采和使用的困难，关税之争可能使美国处于非常糟糕的地方，将国家和稀土元素本身变成了这场经济象棋比赛。
来源：对话