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镧系与锕系元素:宇宙中的稀缺宝藏与战略资源

2024-05-02 11:04 来源:网络

在当代科学的化学理论框架下,镧系和锕系元素在元素周期表中占据着独特的位置,它们同属金属元素家族,化学活性较强,且自成一支,其性质与其他元素大相径庭。通常情况下,原子量越大的元素在宇宙中的丰度越低,故元素周期表的排序基本遵循这一规律,镧系和锕系元素因其在周期表末端的特殊位置,在宇宙中的丰度异常稀薄,从而凸显出其作为矿产资源的战略重要性,值得我们深入了解。

一、镧系元素:稀土元素的核心组成部分


对于镧系元素,或许有人并不熟悉,但如果提及稀土元素,则很多人会有所耳闻。实际上,这两者几乎可被视为同一概念,尽管存在细微差别。镧系元素特指周期表中从第57号元素镧至第71号元素镥共包含15种元素的统称。稀土元素则在此基础上,还包括 scandium(钪) 和 yttrium(钇)。其中,La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)等七种元素归为轻稀土,而Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)、Sc(钪)和Y(钇)则被列为重稀土。由于其类似的化学性质,它们形成一个独立的系列,并在元素周期表中占据独特的地位。


稀土元素之所以得名,是因为这类金属常在稀有矿石中发现,其分布稀疏且提取困难,使得其难以被独立鉴定。尽管个别稀土元素(如铈)的地壳表面丰度可能超过铜,但从地球整体来看,稀土元素的理论丰度应更低。稀土元素因其稀缺性、不可再生性、提炼分离及加工难度大以及在农业、工业、军事等领域广泛应用,特别是在新材料制造和高端国防技术研发等方面的重要性,被誉为"万能之土"。据2011年美国地质调查局数据,全球稀土总储量约为1.13亿吨,潜在资源量达到20亿吨。在这其中,中国约占全球总储量的49%,即5500万吨,中国在全球稀土供应中扮演着主导角色。统计显示,2017年中国的稀土矿石产量为10.5万吨,占据了全球稀土供应总量的81%。

二、锕系元素:神秘的放射性元素族群


锕系元素(actinides),是周期表中第ⅢB族原子序数为89至103的15种化学元素的总称。同样,锕系元素并非等同于所有的放射性元素。锕系元素包括锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹等15种,而放射性元素除了这15种之外,还包括周期表中104至109号元素,以及铀之后原子序数为93至109的17种超铀元素。这其中,锕、钍、镤、铀、钚等前六种元素可在自然界中找到,其余11种则是人工合成产物。然而,近期发现的110至118号元素,尽管半衰期较短,也被认为是放射性元素,也就是说,自89号元素开始,所有的元素理论上均具有放射性。


放射性元素在原子核内部自发地释放粒子或射线(如α射线、β射线、γ射线等),并伴随能量释放,最终转变为稳定元素并停止放射,这就是放射性的本质特征,这一过程称为放射性衰变。在锕系元素中,α衰变和自发裂变为其显著的核特性。随着原子序数的增加,半衰期呈现出逐渐缩短的趋势,例如铀-238的半衰期长达44.68亿年,而铹-260的半衰期仅为三分钟。


放射性元素位于元素周期表的最末端,其理论上的丰度比稀土元素更为稀少,其重要性无需赘言。如今,放射性元素已经渗透到人类社会生活的各个层面,核能的广泛应用、工业、农业和医学领域利用的放射性标记化合物、考古、工业无损检测、石油测井、食品加工以及肿瘤治疗等使用的放射源等等,都离不开放射性元素的身影。

尽管本文作者并不完全接受现代科学理论体系,认为这些基本元素仅仅是正反极限粒子结合而成的微小极限粒子固体,但鉴于现代社会普遍对其深信不疑,因此仍采用现代科学的方式来解读。而在新兴的新文明理论——统一信息论中,镧系和锕系元素被认为可能具有特殊的含义,它们是处于传统所说的"黑洞"与现代科学定义的基本粒子之间的一种特殊或过渡形态的极限粒子固体,蕴含着无比巨大的能量。另外,作为相对质量较大的极限粒子固体,镧系和锕系元素在宇宙中的比例十分稀少,可能仅存在于像地球这样富含宇宙精华物质的行星上,因而我们需给予高度重视。

镧系与锕系元素:宇宙中的稀缺宝藏与战略资源

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