63 Eu 銪 偽造者的克星
2024-10-02 07:45:22
作者: [英] 凱薩琳·哈卡普
銪元素真是惹人生氣。它是一大群相似元素中的一員,讓化學家們困惑了一個多世紀。現在這種困惑卻變成了它的一個優點,人們可以利用它的這種特性來鑑別贗品,阻止造假。
元素周期表里的很多族都有很強的家族特徵,但有些元素是如此相似,以至於區分它們就像在玩一場特別棘手的「大家來找碴」遊戲。這17種元素化學性質非常相似,即使它們位於元素周期表里的不同位置,顯然也應該把它們放在一起。雖然它們被稱為「稀土」,但它們既不稀少也不是土。根據電子在原子裡的排布方式,對這些宛如分身一樣的元素進行了更精細的分類。由15個成員組成的家族在主元素周期表的下方排成一條長線,這些是鑭系元素。這一家族包括了鑥元素,但它不應該被排在這裡,因為鑥的電子排列意味著它算是一種過渡金屬,應該排在主表。
感到困惑?你不是唯一一個。稀土元素之間的化學相似性意味著它們經常在同一塊岩石里被找到。整個19世紀,化學家們都試圖解開這些元素之間的糾纏。似乎每當一個元素被分離出來,又會有另一個元素隱藏其中。誰在什麼時候發現了什么元素,屢屢引發爭論。這簡直就像一場噩夢。
即使是威廉·克魯克斯(氦和鉈的發現者)也對此束手無策,他知道自己在抱怨什麼:「這些稀土元素讓我們在研究中感到茫然,讓我們在猜測中迷惑,甚至讓我們在夢中揮之不去。它們在我們面前就像一片未知的海洋,到處都是嘲弄、困惑、咕噥著奇怪的咒語以及各種可能性。」
19世紀末,人們發現在釤單質里隱藏著一種雜質——銪元素。法國化學家尤金·德馬爾塞試圖將它分離出來。他發明了一種方法,利用釤和未知元素之間的細微差別,通過一系列艱難的反應和重結晶來分離它們,這花費了他好幾年的時間。經歷了如此艱苦的工作,沒有人敢質疑他的發現。
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更讓人心碎的是,他本不必花費這麼長時間。銪在稀土元素中很不尋常,因為它樂意給出2個或3個電子。而稀土家族中其他的成員就沒這麼靈活,通常都只給出3個電子。從化學角度來說,這已經是很大的區別了。銪可以與其他元素結合成一系列的化合物,而這是其他鑭系元素無法做到的,因此它應該很容易從同類元素中分離出來。
然而,在其他很多方面,銪就和其他稀土元素一樣,很少有人花費心思去將這個家庭里的不同元素區分開來。有些元素更加稀有,可能更值錢,但它們通常作為混合物一起出售,被稱為稀土混合金屬(mischmetall)。儘管如此,還是有一些專門的用途,值得人們不辭辛苦地從混合物中分離它們,其中一個應用就是防偽。
因為它們的電子排布方式,所有的鑭系元素都會發出螢光。用特定波長的光照射它們的原子,會使它們的電子躍遷到更高的能級。當這些電子回到它們原來的排布方式時,它們會重新發出它們吸收的光,但波長不同。照射的是藍光,而顯現的卻是紅光。組合使用多種鑭系元素,就可以產生不同的顏色。這是鑑別假鈔的眾多技巧之一。將真實的鈔票放到紫外燈下,會顯示出鑭系化合物的顏色和隱藏的圖案。
1995年,一種新的貨幣誕生了。在設計紙幣的時候,任何鑭系元素都可以用來製作發光的防偽特徵。人們選擇了銪,這可能是因為銪的螢光特性比較清楚,而且銪在電視機顯示器和螢光燈中已經有了很長的使用歷史。成本也許是另一個因素,因為它比許多其他鑭系元素更貴,這可以阻止那些想從假鈔中獲利的偽造者。然而,當這種貨幣被稱為「歐元」的時候,只有一種鑭系元素可以使用了,那就是銪[1]!
[1] 銪元素(europium)以「歐洲(Europe)」命名。