2022年06月17日 星期五
元素家族
解决水体富营养化的镧元素
□ 宋 丹

    镧,元素周期表第57号元素。

    为了让元素周期表看起来更协调,人们把包括镧在内、原子序数依次递增的15种元素拿出来,单独放在了周期表下方,它们的化学性质相似,共享元素周期表第六排的第三个格子,统称为“镧系元素”,属于“稀土元素”。顾名思义,镧在地壳中的含量很少,仅次于铈。

    1838年底,瑞典化学家莫桑德把新的氧化物称为镧土,元素称为镧。尽管结论得到了众多科学家们的认可,但是莫桑德还是对自己公布的这一成果有所怀疑,因为他在实验中看到了不一样的颜色:有时镧出现的是红紫色,有时又是白色的,偶尔还会有粉红色的第三种物质。这些现象让他相信,镧有可能和铈一样是混合物。

    金属镧是一种银白色的软金属,可锻压、延展,用小刀切割,在冷水中缓慢腐蚀,热水中反应剧烈能发出氢气,可直接与很多非金属单质,如碳、氮、硼、硒等发生反应。

    工业生产上应用较多的是一种白色无定形粉末、没有磁性的氧化镧,人们用镧代替钠和钙制成改性膨润土,又称锁磷剂。

    水体的富营养化,主要是因为水体中的磷元素过多,蓝绿藻就会疯长,消耗水中溶解的氧气,造成鱼类大面积死亡,如果不及时处理还会让水发臭,水质变差。不断排放的生活用水,和过多使用的含磷化肥,都加大了水体中磷的浓度,含镧的改性膨润土投放到水中,在它沉降到水底的过程中就能有效吸附水体中多余的磷,当沉淀到水底以后还可以钝化水土界面的磷,阻止水底淤泥中磷的释放,控制水体中磷的含量,特别是能让磷元素以磷酸镧的水合物形式捕获磷酸盐,让藻类无法利用水体中的磷,从而抑制蓝绿藻的生长和繁殖,有效解决湖泊、水库、河流等不同水体中由磷造成的富营养化。

    高纯氧化镧还可以用于制造精密透镜和高折射光学纤维板。镧还可以用来制作夜视镜,让士兵在晚上也能像在白天那样完成作战任务,在制造陶瓷电容器、压电陶瓷和X射线发光材料时也会用到氧化镧。

    在探索可替代化石能源时,人们将目光聚焦到了清洁能源氢气上,而储氢材料则是应用氢气的关键。由于氢气易燃易爆的特点,储氢钢瓶就会显得异常笨拙。通过不断的探索,人们发现了镧镍合金这种金属储氢材料,有很强的捕获氢的能力,能捕获氢分子并将其分解成氢原子,再将氢原子存储在金属晶格间隙中,形成金属氢化物。加热这些金属氢化物,它们又会分解并释放出氢气,相当于一个储存氢气的容器,但体积和重量都要比钢瓶小很多,于是可以用来制作可充电镍氢电池的阳极材料,制造混合动力汽车。

    (作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员)

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