08/10/2026 · VietTechies · Biên tập
Vào thập niên 1780, một sĩ quan pháo binh Thụy Điển am hiểu khoa học trong lúc kiểm tra mỏ đá trường thạch trên hòn đảo nhỏ Ytterby đã nhặt được một khối khoáng vật màu tối có trọng lượng nặng một cách khác thường, tách biệt hẳn với những loại đá phổ biến trong vùng. Nhận thấy mẫu vật này có điểm đặc biệt so với khu vực Baltic, ông đã thu xếp gửi nó đến các chuyên gia để phân tích. Khối đá đen nặng trịch được chuyển qua Biển Baltic tới tay nhà hóa học người Phần Lan Johan Gadolin, người sau đó đã tiến hành hàng loạt bước chiết xuất phòng thí nghiệm tỉ mỉ nhằm tìm ra thành phần hóa học chính xác của mẫu đá kỳ lạ.
Hòn đá khác thường từ mỏ đá vùng Baltic
Theo ghi chép của Viện Lịch sử Khoa học (Science History Institute) về phát minh này, Gadolin đã làm việc cẩn trọng trong phòng thí nghiệm và tách thành công một oxit lạ từ mẫu vật Ytterby. Phân tích chi tiết của ông đã giúp ông được ghi nhận công lao phát hiện một hợp chất khoáng vật mới, mà về sau các nhà khoa học đặt tên là yttrium theo tên của hòn đảo nơi tìm thấy khối đá. Ở thời điểm được phát hiện vào cuối thế kỷ 18, yttrium chưa hề có ứng dụng thương mại hay công nghiệp nào, nhưng việc cô lập được nó đã chứng minh rằng ngay cả những hòn đá bình thường cũng có thể cất giấu các thành phần hóa học hoàn toàn chưa từng được biết tới.
Cuộc tìm kiếm phân loại tự nhiên trong thế kỷ 18
Công trình nghiên cứu của Gadolin phản ánh rõ nét ưu tiên khoa học hàng đầu của thời đại ông. Trong suốt thế kỷ 18, các nhà sử học tự nhiên Thụy Điển đặc biệt chú trọng đến việc hệ thống hóa và phân tích các khoáng vật xuất hiện rải rác trên khắp lãnh thổ. Ngành hóa học thời kỳ đó dựa vào việc phân loại mô tả chính xác, trong đó thuật ngữ 'đất' (earth) dùng để chỉ một nhóm hợp chất nguyên tố phi kim cụ thể. Các nhà khoáng vật học xứ Scandinavia đã mang sự tỉ mỉ, thực tiễn đến mức khắt khe vào công việc của mình: họ kiên trì hòa tan, nung nóng và làm kết tủa các mẫu đá nhằm xác định từng hợp chất riêng biệt tồn tại trong vỏ Trái Đất.
Bóc tách "búp bê Matryoshka" hóa học
Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục đào sâu phân tích những mẫu khoáng vật từ Ytterby và các khu vực lân cận, họ đã vấp phải một rào cản hóa học lớn. Các nguyên tố đất hiếm sở hữu tính chất hóa học gần như giống hệt nhau, khiến chúng liên kết cực kỳ chặt chẽ trong tự nhiên và che giấu lẫn nhau khi thực hiện các bài kiểm tra phòng thí nghiệm cơ bản. Sau khi yttrium được xác định ban đầu, các nhà khoa học tiếp tục tách được cerium, lanthanum và một chất mà họ gọi là didymium. Trong nhiều năm, didymium từng được coi là một nguyên tố cơ bản duy nhất, cho đến khi các kỹ thuật tách hóa học tiên tiến hơn chứng minh rằng đó thực chất là một hỗn hợp gồm hai nguyên tố riêng biệt: praseodymium và neodymium.
Từ scandium của Nilson đến nhóm 17 nguyên tố hiện đại
Quá trình phân tách hệ thống các hỗn hợp khoáng vật phức tạp này kéo dài suốt thế kỷ 19. Vào năm 1879, nhà hóa học người Thụy Điển Lars Fredrik Nilson đã cô lập thành công scandium từ các khoáng vật trong vùng, đặt tên theo xứ Scandinavia để tôn vinh quê hương. Tổng cộng, các mỏ khoáng vật độc đáo được khai thác từ duy nhất mỏ đá tại Ytterby đã đóng góp vào việc phát hiện 7 nguyên tố hóa học. Trong số đó, 4 nguyên tố—yttrium, terbium, erbium và ytterbium—được đặt tên trực tiếp theo hòn đảo nhỏ của Thụy Điển, biến mỏ đá này trở thành một trong những địa danh đặc biệt nhất trong lịch sử ngành hóa học.
Một thế kỷ làm việc phân tích có hệ thống do Gadolin và các đồng nghiệp khởi xướng cuối cùng đã định hình nên gia đình hiện đại gồm 17 nguyên tố đất hiếm riêng biệt. Ngày nay, những kim loại có tính chất hóa học tương đồng này cung cấp các đặc tính từ tính, quang học và điện tử thiết yếu cho điện thoại thông minh, phần cứng máy tính hiệu năng cao, tua-bin gió và công nghệ y tế. Từ khởi đầu là một hòn đá đen mờ nhạt được nhặt lên tại mỏ đá vùng Baltic, phát hiện này rốt cuộc đã đặt nền móng hóa học cho hạ tầng kỹ thuật số của thế kỷ 21.
Ảnh minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu.
Nguồn: Distillations podcast
Rare Earths: The Hidden Cost to Their Magic