1787年,一名炮兵中尉捡到一块石头,让原子钟30亿年误差小于1秒

嘉州干史人 2023-07-20 21:27:01

154年前,俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫在“春梦了无痕”中醒来,按照周公的指示,搞出了惊世骇俗的元素周期表。

至今为止,已经有118 种元素在这张表上“元神归位”,如封神榜一般找到了属于自己的位置。

在元素周期表中,第Ⅲ族副族里存在着一群特殊的元素,是当今各种高科技领域、尖端行业必不可少的金属元素。

你是否知道它们因一座小城而问世,一座小城因它们而闻名的真实历史。

稀土元素共有17种,但其中有7种元素却是在同一座村庄被发现的,科学家有感于此以这座村庄的名字命名了其中4 种,剩下的3种因为实在找不到与这座村子有关联的合适名字方才作罢。

在离瑞典斯德哥尔摩综合征,不对,我还帕金森综合征呢。

在距离瑞典首都斯德哥尔摩不远的一座小岛上,有一个叫做伊特比的村庄。

我是第一次听说,你应该也是,我们不知道,但所有的化学家都知道这里,因为它在化学史上有举足轻重的地位。

化学家们对该村庄的描述是“元素周期表可以分为两部分,一部分叫伊特比元素,另一部分叫其他元素”。

不要以为在伊特比仅仅发现了7种元素,看上去不多,实际恰恰相反,这对于化学元素而言非常罕见。

浩瀚广阔的地球上,一个地方能发现2个元素都是了不起的事,这里却发现了7种。而且其中4种得益于该地区发现的一块矿石。

也就是说这里的一块石头就拓展了元素周期表,拓展了稀土元素的40%。

伊特比在很久很久以前如同现在的南极或北极,完全被冰川覆盖,随着冰川的消融,形成大量的洪水,该地区表面土壤因为水流的冲刷和侵蚀大部分被带走。

底层的矿藏得以暴露出来,很容易被开发。

恰好在14世纪初期,马可波罗全球游览后,将东方精美的陶瓷引进到欧洲,引得欧洲人疯狂。

古代没有专利保护,欧洲人很快偷师成功,欧洲陶瓷从进口到自产自销,结果是造成一种叫做长石的矿物供不应求,长石是用来制作陶瓷的重要原料。

欧洲人到处疯狂寻找和挖掘长石矿,伊特比浅表层易于开采的特性让欧洲人趋之若鹜。

最开始的几百年,矿工的操作都是从挖出的矿藏中选出长石,其他的就当做废弃物直接倒掉。

这种情况直到1787年,伊特比当地驻军的一名炮兵中尉卡尔.阿克塞尔.阿伦尼乌斯无意中看到了长石采矿场中一块弃置的外黑内白的矿物碎片,在阳光下闪着晶莹的光,且坚硬无比。

这绝对不是一块普通的石头。这是卡尔的第一反应。

炮兵中尉卡尔本身的工作是打炮,按理说只精通女人,错了,是精通火药,矿石没太大关系。但人生就是这么奇妙,事情就是这般巧合。

卡尔以前有在瑞典皇家铸币厂工作的经历,那里成套的金属冶炼技术让卡尔耳濡目染地对化学和矿物产生了兴趣。也是在这里,他认识了研究矿石的化学家加多林。

因此当他在矿场里发现这块从未见过的黑色矿石后,直觉告诉他,有的搞。

卡尔将这块石头打包,邮寄送给了他的化学家朋友约翰·加多林进行分析。

这块意义非凡的矿石碎片,拉开了人类对稀土元素长久探索的序幕,翻开了化学乃至物理学和人类科技发展的重要篇章。

收到样品的加多林经过认真分析,在样品中发现了约有38%为某种金属氧化物。经过多次对矿石的分析,加多林最终在这块矿石中找到了氧化钇。

由于技术受限,加多林并未分离发现其他氧化物质,也未分离出元素,因此只宣布发现了一种新物质,并在1794 年发表了这项结果。

直到1828 年,德国化学家弗里德里希·维勒通过钾还原氯化钇进一步提炼和分离,得到了钇元素,元素周期表上39 号位元的钇元素,终于元神归位,安顿下来了。

这也拉开了其他元素归为的序幕。

维勒将首次提纯的钇送给了加多林实验室,以示尊重。

15年后,另外一个化学家卡尔·古斯塔夫·莫桑德尔重新分析这些矿石时,发现它不只是由氧化钇构成的,他的研究发现了伴生的另外一种物质氧化铒。

但他无力再深入一步,有心杀贼,无力回天。因为太难分离了,实在是太难了。

稀土金属有一个很大的特点,就是其是由许多元素混合在一起组成的,当你获得一块天然的稀土金属,基本上就获得了几种不同的元素。

又因为稀土元素同属于第Ⅲ副族,它们的原子结构很相似,其中的15 种镧系元素的最外层电子轨道完全一样,区别仅在于次外层电子。

这些相似的电子排布会让这些金属的化学性质很相似,而稀土矿恰恰又是几种稀土元素经常扎堆出现,因此很难分离。

又过了30多年,随着技术的进步,在1878 年,瑞士化学家马利克纳从氧化铒中分离出一种新元素,他同样以伊特比村庄的名字为该元素起名为ytterbium(镱),实际上此时马利克纳分离出的是两种元素,只是人们并未意识到。

次年,瑞典化学家尼尔森采用马利克纳的方法再次从氧化铒分离出镱,为了验证自己的分离是否正确,他分别测量了这两种元素的原子量,结果却发现自己分离的镱原子量却比马利克纳测得的轻。

尼尔森于是又测试了一次,依旧是这样的结果。

尼尔森意识到体积相同,但密度不同,那么只有一种可能,这是马利克纳分离的镱中混有其他原子量较小的元素才造成的。

尼尔森立刻继续分离镱,因为这将是一个新的里程碑式的发现,果然随后分离中,他发现了鋱,接着他又在这座村庄出土的其他矿石中发现了钪,鈥和銩。

至此,从卡尔中尉寄出这块黑矿石,到元素全部解析出来,历经了近百年。

科学家以发源地的这座村庄名字的字母命名发现的这4 种稀土元素的名称,它们分别是yttrium(钇),terbium(鋱),erbium(铒),ytterbium(镱)。

稀土元素被发现后,稀土元素从发现到实际应用,又经过了很长的一段时间。

从1787年发现这块矿石,到这四种稀土元素被分离出来后,很长一段时间它们是被摆在玻璃瓶里,仅作为科学装饰品。

直到1987年高温超导体的诞生,钇才开始引爆全球,闻名于世。科学家发现钇的导电电阻几乎为零,在极低的温度(-180℃)下也具有强磁性。

对于其他元素而言,在这个温度时已经犹如一条死鱼,性能全无。因此钇天然的超温高导体,被大量应用于低温设备中,如精密的核磁共振的设备,至此钇的商用价值被逐渐开发出来。

而镱元素最出名的是被应用在了原子钟中,因为镱原子拥有的固有频率,误差可能在10的18次方分之1.4以内,也就是说可以保持30亿年误差不到一秒。

又如,铒被用在一些皮肤科或牙科中使用的铒镭射机器中,因为其不会穿透人体,可以针对性地治疗皮肤和牙齿疾病。不仅如此,科学家还发现掺杂了铒的光纤放大器能补偿通讯系统中的光损耗;

而鋱经过硫酸化后,能够产生黄绿色的萤光,因此被应用于显示幕发光系统中。随着电能的发展,鋱的另一个性能被激发出来,大量用于风力发电机的储能;

自此,科学家相信大自然没有一种物质是多余的,天生我材必有用。

稀土金属的稀缺性及不可替代性,以及在高科技领域的优良表现已经使得其成为了控制世界经济走向的一大因素和各国长期博弈的焦点,愈发收到重视和研究。

今天的伊特比矿区,采矿业在这里已经杳无影踪,该地区再也看不到一丝的土木作业,化生为高级住宅区,昂贵的房子矗立在以自然元素命名的街道上。

这片发现了七种稀土元素,并命名了其中四种元素的沃土已经变换了模样,活成了他人家的孩子。

30 阅读:9754
评论列表
  • 2023-07-26 15:04

    妈的,被满清耽误的二百年

    用户12xxx08 回复:
    那个年代,我们无法做出,类似日本“明治维新”般的变革
  • 2023-07-26 10:41

    道理我都不大懂,但是你最后加一张美女图片我就更迷惑了

    老衲有一个道友 回复:
    意思是好好学习,否则整个文章看完只看懂这一图[呲牙笑]
    火箭袭 回复:
    意思是说,不要一直顶着手机看,不然会跟这女人一样,黑眼圈
  • 2023-07-26 13:04

    镱原子钟那么准确,但真正知道最初的一秒钟是怎么规定的人少之又少。

    小伙伴 回复:
    地球年分拆出来的
    shepherd 回复: 小伙伴
    愿闻其详
  • 2023-07-26 13:53

    别人发现这些东西的时候我们在干嘛呢

    大师兄妖怪被师父抓走了 回复:
    我们在接受“朝贡”,看到不得了的东西一律封杀,短时间无利益的东西弃如敝履
    龙行天下 回复:
    错,只能说现代科学的基础来自西方
  • 2023-07-26 21:22

    就冲这个名字,就知道价格不菲[呲牙笑]

  • 2023-07-26 13:17

    震惊世界的伟大石头

  • 2023-07-26 22:25

    说?讲了什么我不太懂:但有大灯剌眼我是看到了[笑着哭]

  • 2023-07-26 13:36

    嘿嘿嘿[呲牙笑]

  • 2023-07-26 15:14

    开发核能才是毕生奋斗目标[得瑟]

  • 2023-07-26 18:19

    狡辩才是长处,科技就是淫技。一直都是

    渐行渐远 回复:
    没有科技创新,你还过着刀耕火种黑灯瞎火的生活。
  • 2023-07-26 23:18

    评论区的都是高手大虾啊[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]

  • 2023-07-26 19:46

    世界上任何一个村庄都能发现十种以上的元素,只发现七种的应该是没有的

  • 2023-07-26 18:01

    灵石

  • 2023-07-26 20:57

    “浩瀚广阔的地球上,一个地方能发现2个元素都是了不起的事,这里却发现了7种。而且其中4种得益于该地区发现的一块矿石。”这句话严谨?

    龙行天下 回复:
    严谨啊。他指的是首次发现
    曾培 回复: 龙行天下
    什么首次[得瑟]只不过是那边的人厉害,其实哪儿没有呢不识货的看到了也不认识,谁还不是一出生就跟氢氧两种元素打交道呢
  • 2023-07-26 19:18

    元素周期表还有没发现的元素吗?

    匪哥 回复:
    人造元素不可以吗?
    硕鼠硕鼠 回复:
    这个应该这么说,大神门捷列夫的元素周期表排到118号元素,目前已经被人类通过各种手段补全了。那118号以后还有没有元素?我查了下,一致认为还有,但到底还有多少有分歧,目前主流认为是126,137或者172。看现在的元素合成方法,大都是需要大量能量。所以我感觉,就是存在新元素,也是存在于宇宙极端环境下的。我一直没搞明白,暗物质算不算元素?
  • 2023-07-26 08:12

    元素周期表的镧系元素和锕系元素,之后还会有吗?假如有,最外层电子的速度会大于光速?是不存在?还是存在,只是半衰期太短?……

    爱仁者达 回复:
    还用问?肯定有快有慢,所谓万物有灵就是说有生命或有灵性,有新生也有老去…
  • Ssad 1
    2023-07-26 17:50

    元素周期表是不是就是封神榜?

  • 2023-07-26 15:44

    @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ 蜡烛

  • 2023-07-26 17:39

    我发现世界上最伟大颠覆人类历史的科学家都出自毛子、德意志、犹太

  • 2023-07-26 22:33

    茅台镇发现的元素就不少!