桃園親子教育博物館二

　　最近有一則新聞，內容為中華人民共和國掌握全世界九成多的稀金礦〈產量〉恐會影響美國武器生產。所謂稀金礦就是含有稀土族元素的礦物，稀土族也稱為稀土金屬或鑭系元素其元素包括鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、钐Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、镝Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、鎦Lu，這是高中與非化學相關系所很少涉及的領域，因此都會覺得陌生也比較神秘，甚至以為他們在地殼的含量比金、鉑等貴金屬還要少，事實上除了钷Pm是人造元素之外他們的含量只有一小部分是普通稀少其他都只能算含量中等〈在地殼含量依次為３２、６８、９.５、３８、０、７.９、２.１、７.７、１.１、６、１.４、３.８、０.４８、３．３、０.５１ｐｐｍ〉；並非真正稀少，我們可以拿其他幾個元素比較汞０.０５ｐｐｍ，鉍０.０４８ｐｐｍ，碘０.１４ｐｐｍ，就連銻含量０.２ｐｐｍ都比他們稀少，因此稀土族的“稀”字可說是言過其實。由於該族元素最外層電子要不是５ｐ6　６ｓ2就是５ｐ6 ５ｄ1　６ｓ2因此化學性質十分相近，通常都以＋３的正離子存在化合物中，且常均勻分怖在許多礦物中，能以高濃度存在而成礦的很少，因此才被誤認為稀少。

　　稀金屬離子常與磷酸根PO4３－〈代表礦物為獨居石Monazite圖一、 二〉、碳酸根CO3２－及氟離子F－〈代表礦物新奇稀金礦Synchysite、氟碳稀金礦Bastnaesite上圖三)、矽酸根SiO4４－〈代表礦物鋯鈮稀金礦Kentbrooksite圖四、矽鈰鈣鉀石Miserite圖五〉的結合力較強，因此成為這些鹽類會產生螢光反應的原因。至於這些礦物蘊藏量各地都有並不稀少，美國本土也很多，只是美國不去開採自己的因為買他國的比較快也較經濟。如此並不稀有的礦物，看起來要掌握並不那麼容易。

　　稀土族在化學上有個重要定理稱為『鑭系收縮』，因為這族元素隨原子序增加相對多的電子並不是往６ｐ外層軌域填而是填內層的４ｆ，使得核內質子數增加，對６ｓ等軌域電子的引力也增加，因此原子半徑竟然是隨原子序增加反而縮小，鑭系收縮不但影響鑭系元素也影響到鄰近的铪Hf，使得铪比同族的弟弟鋯大一個週期，但是兩者的原子半徑卻很接近〈都是2.16Å 〉，因此铪與鋯的礦物混在一起少有單獨存在的，這也使得含量較少的铪一直到很晚才被找到〈１９２３年，非放射性元素中只比錸早〉。

 　　　　　　圖一　

　　　　圖一～１

　　●上圖一、二獨居石Monazite  (Ce,La,Nd,Th)PO4，基本上左邊的化學式只是通式，獨居石大都含有全部的稀土元素，含鈰較多的記為Monazite -Ce，含釹較多記為Monazite -Nd....。這類礦物在台灣南部海岸沙灘可以找到，又稱為重砂，因為含有釷Th而有放射性，釷Th是很有潛力的能源元素。標本等級不高，但為博物館必備礦物。貝石之戀老邵一次賣余一包，有缺的朋友可以與我們交流。

　　●上圖二氟碳稀金礦Bastnaesite (Ce,La,Y)CO3F，也是很常見的稀金礦，同樣的如果鈰含量較多便稱Bastnäesite-Ce...。雖然在國外很常見，但是國內仍然很少，只有晶鎮一家在賣，茶包好像沒進。

　　●上圖四鋯鈮稀金礦 Kentbrooksite Na₉REE₆Ca₄REE₂Mn²⁺Zr₃NbSi₂₅O₇₄F₂•2(H₂O)，只是類似稀金礦的一種而已，我們特別以此代表，是因為重要化學期刊SpringerLink在２００５年發表來自俄國Kentbrooksite標本〈與本館收藏之上圖四標本同產地〉的檢驗報告，由化驗結果顯示樣本所含有稀土族〈代號REE〉較少，而鋯Zr3部分分析出正確的組成為Zr2.94Hf.06，這項比例與鋯Zr、铪Hf在地殼含量的比十分相近。〈２.９４＊Zr原子量９１.２２４=２６８.２，０.０６＊铪原子量１７８.４９=１０.７１，２６８.２／１０.７１=２５；而鋯、铪地殼含量分別為１９０、５.３ｐｐｍ兩者比為３５〉；因此鋯鈮稀金礦 Kentbrooksite 是本館第一件含確定比例铪Hf的礦物，除此之外其他含鋯Zr的礦物如鋯石ZrSiO4、斜鋯石Baddeleyite ZrO2.....等含有的铪比例也應該相差不多，至於铪石Hafnon 只是含铪比例高的鋯石罷了。圖四鋯鈮稀金礦 Kentbrooksite 成份分析之化學組成為 Na11.68Ce.23Ba.09K1.45Sr1.05Ce.5Ca5.7Ce.3Zr2.94Hf.06Fe.6Mn1.85Fe.55Nb.78Si.95(Si3O9)2(Si9O27)2O2.4(OH,O)1(CO3).46Cl.31．1.43H2O

　　標本等級評定：外觀＋１．５，教學性＋１．５，經濟價值＋１，母岩與伴生礦物＋１，A=５；稀少性＋２，學術價值＋２，B=４。A＊B=２０，已達博物館級之水準。〈說明：有經濟或學術性意義之礦物經研究分析有研究報告的標本，多了學術價值＋２之後可成為博物館級標本。〉

　　●上圖五矽鈰鈣鉀石Miserite K(Ca,Ce)4Si5O13(OH)3，這是個慨略的化學式，較詳細的為K_1.33Ca_5.52Y_.18REE_.18Fe³⁺_.04Mn³⁺_.03Mg_.02Na_.02Ti_.01Si_7.99Al_.01O₂₁(OH)(OH)_1.45F_.55 　其中的REE與上個化學式的Ce意思相同代表稀土族，矽鈰鈣鉀石Miserite 是一種大驚奇礦物〈１〉含有地殼含量前十名的元素O、Si、Al、Fe、Ca、H、Na、Mg、K、Ti，由這十種元素組成的礦物佔全部礦物的將近一半，但全部都有的余目前只找到這種。大家可以試著找找看〈２〉此礦物稀土族佔的比例雖少，但以稀土族後段成份比例較大與獨居石等不同，因此含有La、Ce、Pr、Nd、Eu、Dy、Er、Tm、Yb、Lu，按此本矽鈰鈣鉀石Miserite 是含有２３種元素以上的礦物，一種礦物含有自然元素的１／４以上也很不容易。雖然如此，由於稀少度不足〈只有＋２，產地９個〉無法成為博物館級礦物，然而還是很好的教學礦物。

　　●上圖六Fluorcalciobritholite，是２００６年底發現的新礦物，中文名我們暫時將他稱為『富稀金礦』，尤其是上圖標本為俄羅斯生產的〈另一產地德國成份可能不大一樣〉，他是目前稀金礦中稀金屬含量比重最多種類也最多的礦物，因此發現時引起國際礦物界極大的興趣。目前的化學式定為 (Ca,REE)5[(Si,P)O4]3F ，分析俄羅斯標本的詳細成份為Ca_2.8Ce_0.93La_0.54Nd_0.26Y_0.18Pr_0.08Sm_0.03Gd_0.03Dy_0.02Yb_0.02Er_0.01Th_0.04Mn²⁺_0.03Sr_0.02 Si_1.94P_1.06O₁₂F_0.76O_0.22Cl_0.01 　如果再加上其他微量的稀土族元素，這種礦物也是含有２０多種元素。

　　標本等級評定：外觀＋１．５，教學性＋１．５，經濟價值＋１，A=４；稀少度＋３，原產地＋１，熱門度＋２，B=６；A＊B=２４，為博物館級標本。