不一样的元素故事:无名“钬”|《自然-化学》专栏

本文是《自然-化学》元素故事系列的第63篇文章:平凡的钬


原文作者:Brett F. Thornton和Shawn C. Burdette

Brett F. Thornton和Shawn C. Burdette讨论了发现钬时的激烈争议和之后这个元素的默默无闻。

1878年,一位在芝加哥工作的瑞士人Marc Delafontaine,在研究铌钇矿提取物溶液时,发现了以前未知的发射光谱线。单只有这个现象是不足以宣称第67号元素被发现的。虽然新观察到的谱线往往预示着一个新元素的识别;但是不同的新谱线导致多次“发现”同一个元素的情况也不少见。这种虚假的元素发现在十九世纪的后半时间常常出现。


不过,Delafontaine的观察结果被在瑞士研究硅铍钇矿提取物溶液的Jacques-Louis Soret证实了。Delafontaine建议将这个新元素命名为philippium(来源于瑞士化学家、医生Philippe Plantamour),但围绕着新元素确切身份的不确定性依然萦绕。Delafontaine和Soret都卷入了一场与美国化学家J. Lawrence Smith的发现优先权争议。Smith声称发现了相同的元素,他将其命名为mosandrum,来源于三个镧系元素的发现者Carl Gustaf Mosander。这场争议在法语学术期刊中遭到了怒斥。

与此同时,瑞典的Per Teodor Cleve分析了Lars Fredrik Nilson从铒矿中分离出钪后余留下的含氧化铒残留物。在物理学家Tobias Robert Thalén给氧化铒做完光谱分析后,Cleve发现在氧化铒中还有额外的未发现的元素,于是他继续从样品中分离出两个新的氧化物。他将其中一个棕色的氧化物命名为氧化铥(相应的元素因此而得名铥),将另外一个绿色的氧化物命名为氧化钬;这是以他的家乡斯德哥尔摩的中世纪拉丁名命名的。因为Cleve有更为全面、更有说服力的数据,所以他得到了发现优先权,新的元素最终被命名为钬。


来源:EMMA S. KARLSSON, OXYRIA NATUR, STOCKHOLM

斯德哥尔摩拥有传奇般的化学传承。Berzelius曾在此工作,并协助发现了至少四个元素(他的学生,其中就包括Mosander,又发现了五个元素)。前斯德哥尔摩药剂师Carl Wilhelm Scheele在Priestley之前发现了氧气,尽管后者首先发表了他的结果。还有许多其他的化学家来自这座城市,包括溶液化学家Svante Arrhenius(师从Thalén和Cleve),当然还有大名鼎鼎的诺贝尔。斯德哥尔摩的Ytterby是元素周期表中被反复纪念的地区(Y、Yb、Er和Tb均以此得名),同时斯德哥尔摩也是数个元素名称的原始来源,包括钬。

Delafontaine后来试图获得一个纯净的philippium样品,但钬已成为大家公认的名称。现代的书籍中常常认可Delafontaine、Soret和Cleve在钬的发现中的共同贡献,但Thalén也应该分享发现该元素的荣誉,因为Delafontaine和Soret也是通过光谱识别出了这个元素。

在过去,钬与其相邻元素相似的化学性质使其难以被鉴别发现;而现在,这种相似性往往导致我们缺乏足够的理由去选择用钬来达到某个特定目的。因为,选择其他类似的、且通常更便宜的镧系元素一般也可以达到相同的效果。钬的高磁化率意味着它偶尔会被用于高强磁体,特别是作为磁通集中器。然而,钬的磁性仅在低温下表现显著。

钬现在常用于外科激光器,其中作为激光材料的是钬掺杂的铝石榴石(Ho:YAG),它能够发射波长约为2100纳米的红外线。这种波长对外科手术特别有用,因为含水的组织只在半毫米以内吸收激光能量,利用这种特性可以做到切割。钬激光切割的伤口通常是自烧灼的,这能减少出血。在泌尿外科,钬激光可用于移除泌尿结石和治疗前列腺肥大。

在被发现137年后,钬作为元素周期表中最未被充分利用的元素之一依然默默无闻。虽然从20世纪80年代后期以来,提到钬激光的医学用途的科学文献增加了一个数量级,但钬仍然是被讨论得最少的元素之一。或许那些令人着迷的钬化学还等待着我们去发现。

原文以Homely holmium为标题

发布在2015年5月20日的《自然-化学》In Your Element上

nchem|doi:10.1038/nchem.2264


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