“稀土天团”的百年发现，比传奇更精彩

稀土，是撬动现代工业的关键密码，亦是大国博弈中的核心筹码，而稀土的发现历程，也藏着百年科学探索的鲜活印记。

作为国内首部稀土发现史中文著作，《从此世间有稀土》以清晰脉络串联起一个半世纪的科学求索，既精准梳理基础化学的发展轨迹，又细腻描摹科学家们的荣光与遗憾、坚守与执着。它不只是一本科普读物，更是一扇窗，让我们看见科学背后的人性温度，读懂“稀土天团”从实验室走向世界舞台的深层意义。

黑稀金矿石

非典型科学家的逆袭

稀土元素又称“工业维生素”，是17种稀有金属的统称，它们化学性质相似，具有非常强的还原性，在冶金、玻璃、陶瓷、化工、农业、医药、原子能、磁性材料、发光及激光材料等方面用途广泛，稀土的提纯和应用是我国引以为傲的工业技术之一。 1794年，芬兰化学家约翰·加多林分离出第一种稀土钇，自此开启了持续150余年的稀土元素发现史，许多国家的数十位科学家参与其中。

1870年前后，钇、铽、铒、镱、钬等8种稀土已被发现，新元素可能出现的机会，来到了法国人保罗·德·布瓦博德朗面前。

后世科学史家一提到布瓦博德朗，往往强调他商人的身份，甚至说他是“爱好化学的葡萄酒商”。

布瓦博德朗家所在的小镇很有名，在法国距大西洋海岸不远的地方，叫作干邑，与当时的马爹利酒厂只有咫尺之遥，布瓦博德朗几乎天天路过。他家原是贵族，因受宗教迫害而没落，父亲和叔叔都是酿酒师，合开了一家酒坊，他也顺理成章地成为酒坊继承人。但布瓦博德朗对家族生意兴趣寥寥，他心心念念的是一份门槛很高的事业：科学。

布瓦博德朗没受过正规的大学教育，但他有自己的“导师”。母亲出身于军官家庭，博学多才，为他打下科学通识和扎实的语言基础；叔叔曾就读于巴黎综合理工学院，不但找来学院的教材，指导他学习理论知识，还购置设备和试剂，帮他在家中二楼建起了一座实验室。就这样，非典型科学家布瓦博德朗的学术研究起步了。

“太阳元素”氦因为光谱分析技术被发现后，布瓦博德朗大受鼓舞，投身于光谱学实验，开始关注和研究稀土。当时稀土矿石昂贵，他只能买来少量样品。他的实验做得一丝不苟，每天花费大量时间溶解、沉淀、清洗、提纯矿物。他的第一个重大成果是改进光谱分析的仪器和技术，出版专著《光谱》——这本书是光谱研究的里程碑式著作，除了光谱技术的综述，还有对所涉及的35种元素的分析，后面56幅光谱图对谱线位置的测定十分准确。因为这本书，布瓦博德朗和罗伯特·本生、古斯塔夫·基尔霍夫一同被视为光谱学的奠基人。

《光谱》的出版是1874年，在更多的实验之后，1886年，布瓦博德朗开始研究铌钇矿的稀土成分。他先是从中粗制出钬土，用氨水处理了32次，用草酸处理了26次，一系列复杂的操作之后，更多成分依次沉淀出来。命运眷顾了他，借助溶液产生的火化光谱，布瓦博德朗发现钬土中包含一种新的稀土元素，他将其命名为镝。

在那个职业科学家成为主流、在学院和研究所坐拥各种得天独厚资源的时代，业余爱好者布瓦博德朗在简陋的实验室中，竟然做出了超越职业科学家的贡献，这如果不是逆袭，就没有什么可称作逆袭了。

如今，学界有个布瓦博德朗奖，专门奖励对过渡元素研究有突出贡献的人，这个奖项不分国籍，不分出身——正是对布瓦博德朗的致敬。

教科书里的门捷列夫

相对于名气不大的布瓦博德朗，俄国科学家德米特里·门捷列夫对大家来说就熟悉多了。

《从此世间有稀土》第二章，作者花费了不少笔墨讲述1860年的卡尔斯鲁厄国际化学会议。因为这场重要的会议，化学界明确了原子与分子的定义，区分了物理分子与化学分子概念，并提出了气体分子等价假设，其中起到关键作用的，是意大利化学家斯坦尼斯劳·坎尼扎罗，或者说，是他在会场分发的小册子《化学哲学教程概要》。

新这是莫斯科大学门前的门捷列夫雕像。 新华社发

好几位与会者都参与了稀土元素的发现，其中两位年轻人由此所开辟的道路，对稀土化学在理论方面的发展产生了深远影响：其一是而立之年的德国人尤利乌斯·迈耶尔，其二便是门捷列夫，当年他才26岁。

那本小册子给迈耶尔和门捷列夫很多启发，门捷列夫尤其激动不已。两个人都是青年教师，在按照坎尼扎罗的理论编写教材时，不约而同地把已知元素按照一定顺序排列，最终演变成我们熟知的元素周期表。

周期表其实是周期律的体现，两人因为独立发现了元素周期律，在1882年同时获得了英国皇家协会颁发的戴维奖章。但门捷列夫之所以被认为是制定元素周期表的标志性人物，主要在于他对周期律的坚持、改进和不遗余力的推广。

元素周期表刚发表时，化学界并没有重视，反而一片嘲讽，有人明确反对，其中包括门捷列夫的老师本生。在此之前，已有科学家提出过元素分类的理论，比如法国地质学家亚历山大-埃米尔·德·尚古尔多、英国化学家约翰·纽兰兹。尚古尔多曾自信地说：“一切物质的性质，都是数的性质。”实际上他说对了，但他没有坚持下来；纽兰兹对元素音符一样的排列，在形式和内涵上已经接近后来的周期表，但面对嘲讽，他心灰意冷，逐渐放弃了相关研究。迈耶尔也是在质疑声中陷入沉默，不再申辩。

门捷列夫不同，自从发表第一版表格，他就坚信自己发现了自然界中的重要规律。嘲讽和质疑没有让他退缩，反而使他更加冷静。他撰写多篇论文，罗列实验事实，为自己的主张辩护。更加大胆的是，当遇到元素原子量与周期律不匹配时，他竟然断言应该修正原子量，而不是周期律。

门捷列夫不断改进元素周期表，还对其中三个空位里的未知元素做了相当具体的预测，称它们为类硼、类铝和类硅。比如类铝，他这样预测：原子量约为68；熔点低；金属比重为5.9；不挥发，烧至红热时能分解水汽；能在酸液和碱液中缓慢溶解……

正是布瓦博德朗，很快就发现了门捷列夫所预测类铝位置的元素，起名为镓。神奇的是，所有性质都与门捷列夫的预测一致，除了比重4.7与门捷列夫推算的5.9差别明显，而在进一步的实验分析后，布瓦博德朗修正了数据，他得到镓比重的结果为5.935。

这件事很快就传遍了化学界，极大增强了周期律的影响。

而三四年后，另一种稀土元素钪被发现，正是门捷列夫所预测的类硼，而且性质也是十分吻合，这无疑又为周期律的传播增添了一把柴火，化学界普遍开始接受，门捷列夫的声望当然节节攀升。

至于元素周期表进一步修正、完善，极大方便了科学研究，那就是后话了。如果当初没有门捷列夫笃定的信念，元素周期律的发现会被推迟很久，我们也不会在教科书里看到这个名字了。

稀土元素得见天日

元素周期表出现后，新的元素已经不适合被称作“发现”，而是根据周期表上的空位来“寻找”。而对元素周期表的终极完善，是一位年轻科学家的成果。

从1895年起，三年之间，全世界上千位职业物理学家见证了三个重要突破：1895年，发现X射线；1896年，发现放射性现象；1897年，发现电子。这是一场物理革命，也是化学革命。当时，发现放射性现象的法国物理学家安东尼·贝克勒尔，和他一起共享1903年诺贝尔物理学奖的居里夫妇，都是风云人物，他们的研究推动了放射化学的发展。英国物理学家欧内斯特·卢瑟福获得1908年诺贝尔化学奖，就是因为对放射化学的研究。卢瑟福门下有位高足，叫亨利·莫塞莱。

莫塞莱天才至极，他的基因十分强大：父亲是一位生物学家、大学教授，母亲获得过英国国际象棋女子组的冠军。莫塞莱读研究生时，发明了史上第一种原子电池。

就物理学上的贡献而论，简单说，卢瑟福发现了原子核的存在，而莫塞莱发现了原子序数。他通过研究X射线，得出了元素光谱波长和原子序数关系的经验公式，就是后来的莫塞莱定律：元素特征X射线频率的平方根与原子序数呈线性关系。这就解决了元素周期律的物理本质问题，还顺便为稀土元素的搜寻提供了理论支持。莫塞莱修正了元素周期表中门捷列夫对钴（27号）与镍（28号）、氩（18号）与钾（19号）等元素的位置错误，并成功预测了尚未发现的元素（如锝、钷）的存在，及其在周期表中的空缺位置——这不但解决了之前排序方面的疑惑和问题，还把模糊的元素空位的预测具体化、准确化。

这是1913年的事情，当时稀土元素已经发现了16种，毫无疑问，根据莫塞莱的推测，空位之一的61号元素必定会是稀土，后来的发现也证实了这一点，最终将稀土金属的种类确定为17种。至此，稀土元素全部得见天日。

从错误走向真理的艰难跋涉

如今在大国博弈中，稀土的地位十分重要，称之为“江南十七怪”已经不能准确描述其江湖地位，在国际舞台上，它更像是实力强劲、威震八方的“金属天团”。暂且放下比拼与骄傲，去关注稀土发现的历程，体会其中科学的精神、科学家的命运，也是十分有趣的事情。

《从此世间有稀土》作者在后记中写道：“科学理论中，没有绝对的错误，也没有绝对的真理，只有无穷无尽的进化，所有进展都处于错误与真理之间的某个位置，每一种稀土元素的发现也都是从错误走向真理的艰难跋涉。有人灵光一闪，做出自己的贡献便拂衣而去；有人在泥泞中挣扎一生，最终也难以在科学大厦上刻下自己的名字。”这样闪耀着人文之光的句子，书中有很多。

具备一定科学素养的读者，有能力理解书中涉及的科学原理和逻辑、科学发展的细节，而对于一般读者来说，那些前仆后继者的科学精神，他们千差万别的人生际遇，同样可以给我们带来收获。

阅读本书，你会发现，“稀土天团”的发现往事，以及基础化学的发展脉络，比想象中要精彩许多。

《从此世间有稀土》

羊顿 著

湖南科学技术出版社

原标题：《“稀土天团”的百年发现，比传奇更精彩》

栏目主编：王一 文字编辑：王一

来源：作者：黑桃