稀土元素(rare earth element)

稀土元素(rare earth element)
國立臺灣師範大學化學系學士班四年級洪雋為

圖一$$~~$$稀土礦物

稀土元素(rare earth element)，為IUPAC定義週期表內的17種元素，包含鈧和釔及鑭系的15個元素，皆為金屬元素，因此又稱為稀土金屬(rare earth metal)。依原子序大小又分為輕稀土元素(LREE light rare earth element)、重稀土元素(HREE heavy rare earth element)兩類¹。

最早的稀土礦物，矽鈹釔礦(gadolinite) ，開採於瑞典伊特比村(Ytterby Sweden)，許多稀土元素的名稱源於此地。稀土元素在地殼中的總蘊藏量並不稀少，但卻以極稀比例分散於地殼表層土壤中，生產稀土元素通常需要處理放射性物質，因此開採加工的成本非常高昂，要獲得高純度的稀土元素也極其困難。

稀土元素的電子組態由不含f軌域電子的鈧(3d¹4s²)、釔(4d¹5s²)、鑭(5d¹6s²)，以及由鈰(4f¹5d¹6s²)開始，電子逐一填入內殼層的4f軌域，到鑥(4f¹⁴5d¹6s²)共17個元素，稀土元素的外殼層s軌域及d軌域的電子容易游離，因此氧化態通常為3⁺或2⁺。

圖二$$~~$$獨居石

稀土元素為典型的金屬元素，因為其原子半徑大，使得外層的s軌域與d軌域電子容易失去，故其化學活性僅次於鹼金族及鹼土族金屬，為強還原劑。

一般而言，稀土元素的活性會隨著原子序增加而減弱，由於原子核正電荷增加，使電子較不易游離，而趨於穩定，值得注意的是，稀土元素可和個別金屬形成多種氧化物、鹵化物、硫化物、氮化物、碳化物、硼化物及矽化物，因稀土元素可以溶解在除了氫氟酸和磷酸的大部分無機酸，稀土大多以磷酸鹽類的獨居石與氟化物的氟碳鈰礦的型態存在於地殼中²。

圖三$$~~$$稀土資源分布

稀土礦脈主要分布在美國、中國、獨立國協聯盟等少數國家，高科技產業舉凡光電、催化、超導、陶瓷等，稀土元素為不可或缺的原料，就連手機內的部分零件、記憶體也摻有稀土元素，因此常被稱為「工業的維他命」及「產業的調味料」，無疑是被公認的重要戰略資源。³

表一$$~~$$稀土元素列表

參考資料:

1. 維基百科: rare earth element http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element#Discovery_and_early_history
2. 科學月刊: 第四十二卷第四期 來自大地的科技原料-工業的維他命-稀土金屬    陳登銘
3. 用地圖看懂全球經濟趨勢 生命科學編輯團隊 著 何月華 譯 第82-85頁
4. 圖一圖片來源: http://pic.baike.soso.com/p/20130620/20130620095917-1426331262.jpg
5. 圖二圖片來源: http://a4.att.hudong.com/83/10/01300000246024122425106702782.jpg