iBet uBet web content aggregator. Adding the entire web to your favor.
iBet uBet web content aggregator. Adding the entire web to your favor.



Link to original content: https://pl.wikipedia.org/wiki/Dysproz
Dysproz – Wikipedia, wolna encyklopedia Przejdź do zawartości

Dysproz

Edytuj linki
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Dysproz
terb ← dysproz → holm
Wygląd
srebrzystoszary
Dysproz
Widmo emisyjne dysprozu
Widmo emisyjne dysprozu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.

dysproz, Dy, 66
(łac. dysprosium)

Grupa, okres, blok

–, 6, f

Stopień utlenienia

III

Właściwości metaliczne

lantanowiec

Właściwości tlenków

słabo zasadowe

Masa atomowa

162,50 ± 0,01[a][3]

Stan skupienia

stały

Gęstość

8551 kg/m³

Temperatura topnienia

1412 °C[1]

Temperatura wrzenia

2567 °C[1]

Numer CAS

7429-91-6

PubChem

23912

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

Dysproz (Dy, łac. dysprosium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 66, jeden z metali ziem rzadkich. W przyrodzie nie występuje w postaci wolnej, ale najczęściej jako dodatkowy składnik minerału ksenotymu. Naturalnie występujący dysproz zawiera 7 izotopów, spośród których najbardziej rozpowszechniony jest 164Dy. Dysproz został odkryty w 1886 roku przez Paula Émila Lecoqa de Boisbaudrana, lecz po raz pierwszy w czystej postaci został otrzymany dopiero w latach 50. XX wieku za pomocą wymiany jonowej. Ze względu na swój przekrój czynny używany jest do produkcji prętów kontrolnych w reaktorach jądrowych, a ze względu na swoją wysoką podatność magnetyczną na magnetyzację w urządzeniach do przechowywania danych jako składnik stopu Terfenol-D. Rozpuszczalne sole dysprozu są lekko toksyczne, natomiast nierozpuszczalne sole uważane są za nietoksyczne.

Historia odkrycia

[edytuj | edytuj kod]

W 1878 odkryto, że rudy erbu zawierają tlenki holmu i tulu. Francuski chemik Paul Émile Lecoq de Boisbaudran podczas swojej pracy w Paryżu w 1886 nad tlenkiem holmu zdołał wyodrębnić tlenek dysprozu[4]. Jego procedura do wyizolowania dysprozu wymagała rozpuszczania tlenku dysprozu w kwasie, następnie dodawania amoniaku w celu strącenia wodorotlenku. Wyizolowanie dysprozu w ten sposób wymagało jedynie trzydziestu powtórzeń powyższej procedury. Zanim udało mu się uzyskać dysproz nazwał go dysprositos ((gr.) δυσπρόσιτος), co znaczy „trudny do otrzymania”. Jednakże pierwiastek nie został wyizolowany w dostatecznie czystej formie, aż do wczesnych lat 50. XX wieku, kiedy została rozwinięta technika wymiany jonowej przez Franka Speddinga z Iowa State University.

Właściwości

[edytuj | edytuj kod]

Właściwości fizyczne

[edytuj | edytuj kod]

Dysproz jest metalem ziem rzadkich o metalicznym, srebrzystym połysku. Jest na tyle miękki, że można kroić go nożem i łatwo poddaje się obróbce mechanicznej. Właściwości fizyczne dysprozu w bardzo dużej mierze zależą nawet od niewielkich ilości zanieczyszczeń (domieszek). W temperaturze poniżej 85 K dysproz jest ferromagnetykiem, powyżej tej temperatury staje się antyferromagnetykiem, by w temperaturze 179 K stać się paramagnetykiem[5].

Właściwości chemiczne

[edytuj | edytuj kod]

Świeża powierzchnia metalu w warunkach normalnych powoli matowieje tworząc tlenek dysprozu(III):

4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3

Dysproz jest elektrododatni i reaguje powoli z zimną wodą, a szybciej z gorącą, tworząc wodorotlenek dysprozu(III):

2 Dy (s) + 6 H2O(l) → 2 Dy(OH)3(aq) + 3 H2(g)

Metaliczny dysproz z łatwością reaguje ze wszystkimi chlorowcami w temperaturze powyżej 200 °C:

2 Dy(s) + 3 F2(g) → 2 DyF3(s)   (zielony)
2 Dy(s) + 3 Cl2(g) → 2 DyCl3(s) (biały)
2 Dy(s) + 3 Br2(g) → 2 DyBr3(s) (biały)
2 Dy(s) + 3 I2(g) → 2 DyI3(s)    (zielony)

Dysproz z łatwością roztwarza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym tworząc roztwór o żółtej barwie, zawierający jony Dy3+ w postaci kompleksu [Dy(OH2)9]3+[6]:

2 Dy(s) + 3 H2SO4(aq) → 2 Dy3+(aq) + 3 SO2−4(aq) + 3 H2(g)

Związki chemiczne

[edytuj | edytuj kod]
Dy2(SO4)3 Siarczan dysprozu(III)

Halogenki dysprozu, takie jak DyF3, DyCl3 czy DyBr3, na ogół przybierają żółtą barwę. Tlenek dysprozu(III) jest białym proszkiem, który posiada silniejsze właściwości magnetyczne niż tlenki żelaza. Dysproz w wysokich temperaturach reaguje z niemetalami, tworząc związki dwuskładnikowe o zmiennym składzie, najczęściej o +3 stopniu utlenienia, rzadziej na +2. Tego typu znane są związki jak: DyN, DyP, DyH2, DyH3, DyS, DyS2, Dy2S3, Dy5S7, DyB2, DyB4, DyB6, DyB12, Dy3C i Dy2C3. Większość związków dysprozu jest rozpuszczalnych w wodzie, jednakże związki jak tetrahydrat węglanu dysprozu(III) (Dy2(CO3)3·4H2O) i dekahydrat szczawianu dysprozu(III) (Dy2(C2O4)3·10H2O) są nierozpuszczalne w wodzie[7][8].

Izotopy

[edytuj | edytuj kod]

Występujący w przyrodzie dysproz składa się z 7 izotopów:156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy, i 164Dy. Wszystkie wymienione są uważane za stabilne, chociaż 156Dy rozpada się poprzez rozpad alfa o czasie połowicznego rozpadu T1/2 ponad 1×1018  lat. Spośród naturalnie występujących izotopów 164Dy jest najbardziej rozpowszechnionym o zawartości izotopu w metalu około 28%, następnie 162Dy o zawartości 26%. Najmniej rozpowszechnionym jest 156Dy – tylko 0,06%[9].

Sztucznie otrzymano 29 radioizotopów o masach w przedziale od 138 do 173. Najstabilniejszym spośród nich jest 154Dy o T1/2 w przybliżeniu 3×106 lat, następnie 159Dy o T1/2=144 dni. Najmniej stabilnym radioizotopem jest 138Dy o T1/2=200 ms. Izotopy, które są lżejsze od stabilnych izotopów, mają tendencję do ulegania rozpadowi β+, podczas gdy cięższe częściej, z pewnymi wyjątkami, będą ulegały rozpadowi β−. 154Dy rozpada się przede wszystkim na skutek rozpadu alfa, a 152Dy i 159Dy na skutek wychwytu elektronu[9]. Dysproz posiada również przynajmniej 11 metastabilnych izomerów jądrowych, w zakresie mas od 140 do 165. Najstabilniejszym spośród nich jest 165mDy o T1/2=1,257 min. 149Dy posiada dwa stany wzbudzeń, z których drugi, 149m2Dy o czasie połowicznego rozpadu, który jest równy 28 ns[9].

Występowanie

[edytuj | edytuj kod]

Dysproz nigdy nie jest spotykany w stanie wolnym, ale może być znaleziony w wielu minerałach, wliczając w to ksenotym, fergusonit, gadolinit, euksenit, polikraz, eszynit-(Y), monacyt i bastnazyt. Często występuje wraz z erbem, holmem i innymi metalami ziem rzadkich. Obecnie, najwięcej dysprozu jest uzyskiwane z adsorbujących jony złóż gliny w południowych Chinach[10]. W glinach zawierających duże ilości itru dysproz jest rozpowszechnionym spośród ciężkich lantanowców, stanowiąc 7–8% koncentratu (itr stanowi odpowiednio 65% koncentratu)[11][12]. Zawartość dysprozu w skorupie ziemskiej wynosi około 5,2 mg/kg, a w wodzie morskiej 0,9 ng/L[13].

Otrzymywanie

[edytuj | edytuj kod]

Dysproz jest otrzymywany głównie z piasku monacytowego, będącego mieszaniną różnych fosforanów, jako produkt uboczny produkcji itru. Większość niepożądanych metali w surowym produkcie może być usunięta magnetycznie lub poprzez flotację. Dysproz również może być oddzielony od innych metali ziem rzadkich na drodze wymiany jonowej i w wyniku reakcji z fluorem lub chlorem wyizolowany w postaci fluorku lub chlorku dysprozu(III). Związki te mogą być zredukowane do wolnego metalu przy użyciu metalicznego wapnia lub litu[14]:

3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl

Związki są umieszczane w tantalowym tyglu i wypalane w atmosferze helu. Podczas zachodzenia reakcji, powstające halogenki i stopiony dysproz rozdzielają się z powodu różnicy gęstości. Dysproz może być oddzielony od zanieczyszczeń podczas ochładzania mieszaniny[14].

Rocznie na świecie otrzymuje się około 100 ton dysprozu[15], głównym producentem są Chiny[16][17]. Cena dysprozu w okresie 2003–2010 wzrosła ponad 20-krotnie[18]. W lipcu 2019 cena metalicznego dysprozu sięgała około 373 do 380 dolarów amerykańskich za kilogram[19].

Zastosowanie

[edytuj | edytuj kod]

Dysproz jest używany w połączeniu z wanadem, jak i innymi pierwiastkami ziem rzadkich, do wytwarzania materiałów używanych do produkcji laserów[20]. Ze względu na wysoki przekrój czynny absorpcji neutronów termicznych przez dysproz (270 000 fm²[21]), wykorzystywany jest jako detektor neutronów, a jego związki, jak cermety typu tlenek dysprozu-nikiel, są wykorzystywane w absorbujących neutrony prętach kontrolnych w reaktorach jądrowych[22]. Chalkogenki dysprozowo-kadmowe są źródłem promieniowania podczerwonego, co jest wykorzystywane w badaniach nad reakcjami chemicznymi[8]. Ze względu na wysoką podatność dysprozu i jego związków na magnetyzację, jest on wykorzystywany w magazynowaniu danych, głównie w twardych dyskach[23].
W magnesach neodymowo-żelazo-borowych można 6% neodymu zastąpić dysprozem[24], aby podnieść koercję dla wymagających zastosowań, jak silniki napędowe dla elektrycznych pojazdów hybrydowych. Ta zamiana wymagałaby ok. 100 g dysprozu na każdy wyprodukowany samochód. Opierając się na przewidywanej produkcji Toyoty na poziomie 2 mln sztuk rocznie, użycie dysprozu w takich zastosowaniach szybko wyczerpie zasoby tego metalu[25]. Zastępowanie neodymu dysprozem może mieć jeszcze inne użyteczne zastosowania ze względu na poprawę odporności magnesów na korozję[26].
Dysproz jest jednym ze składników terfenolu-D. Stop znalazł zastosowanie m.in. w przetwornikach i szerokopasmowych rezonatorach mechanicznych[27].

Uwagi

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 162,500 ± 0,001. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ a b David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-1, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
  2. ↑ Dysprosium (nr 263028) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-04]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  3. ↑ Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
  4. ↑ Paul Émile Lecoq Boisbaudran. L’holmine (ou terre X de M Soret) contient au moins deux radicaux métallique (Holminia contains at least two metal). „Comptes Rendus”. 143, s. 1003–1006, 1886. (fr.). 
  5. ↑ Mike Jackson. Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths. „IRM Quarterly”. 10 (3), 2000. Institute for Rock Magnetism. [dostęp 2011-05-02]. (ang.). 
  6. ↑ Mark Winter, The University of Sheffield oraz WebElements Ltd: Chemical reactions of Dysprosium. [dostęp 2011-05-11]. (ang.).
  7. ↑ G. Jantsch. Zur Kenntnis der Verbindungen des Dysprosiums. „Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft”. 44 (2), s. 1274–1280, 1911. DOI: 10.1002/cber.19110440215. (niem.). 
  8. ↑ a b D.L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press, 1995, s. 152–154. ISBN 0-8493-8671-3. (ang.).
  9. ↑ a b c G. Audi. Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties. „Nuclear Physics A”. 729, s. 3–128, 2003. Atomic Mass Data Center. DOI: 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (ang.). 
  10. ↑ Keith Bradsher: Earth-Friendly Elements, Mined Destructively. 25 grudnia 2009. [dostęp 2011-05-11]. (ang.).
  11. ↑ M. Rab, W. Haslik, M. Frey. [Free functional muscle transplantation for facial reanimation: experimental comparison between the one- and two-stage approach]. „Handchir Mikrochir Plast Chir”. 42 (2), s. 115–123, 2010. DOI: 10.1055/s-2008-1038448. PMID: 20376774. (ang.). 
  12. ↑ C.K. Gupta, N. (Nagaiyar) Krishnamurthy: Extractive metallurgy of rare earth. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2005. ISBN 978-0-415-33340-5. (ang.).
  13. ↑ Pradyot. Patnaik: Handbook of inorganic chemical. New York: McGraw-Hill, 2003. ISBN 0-07-049439-8. (ang.).
  14. ↑ a b David L. Heiserman: Exploring chemical elements and their compound. Blue Ridge Summit, PA: Tab Books, 1992, s. 236–238. ISBN 0-8306-3018-X. (ang.).
  15. ↑ Dysprosium (Dy) – Chemical properties, Health and Environmental effects. Lenntech Water treatment & air purification Holding B.V, 2008. [dostęp 2011-06-01]. (ang.).
  16. ↑ Petra Zapp i inni, Comparison of dysprosium production from different resources by life cycle assessment, „Resources, Conservation and Recycling”, 130, 2018, s. 248–259, DOI: 10.1016/j.resconrec.2017.12.006, ISSN 0921-3449 [dostęp 2023-11-18].
  17. ↑ Mineral commodity summaries 2023 [online], U.S. Geological Survey (ang.).
  18. ↑ Bradsher, Keith: In China, Illegal Rare Earth Mines Face Crackdown. 29 grudnia, 2010. [dostęp 2011-06-01]. (ang.).
  19. ↑ Institute of rare earths elements and strategic metals: Current prices of rare earths. [dostęp 2023-11-18]. (ang.).
  20. ↑ Y.H. Tsang, A.E. El-Taher. Efficient lasing at near 3 μm by a Dy-doped ZBLAN fiber laser pumped at ~ 1.1 μm by an Yb fiber laser. „Laser Physics Letters”. 8 (11), s. 818-, 6 czerwca 2011. IOP Publishing. ISSN 1612-202X. (ang.). 
  21. ↑ Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6. (pol.).
  22. ↑ Sinha Amit, Beant Prakash Sharma. Development of Dysprosium Titanate Based Ceramics. „Journal of the American Ceramic Society”. 88 (4), s. 1064–1066, 2005. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2005.00211.x. (ang.). 
  23. ↑ Chemistry Foundations and Applications. T. 2. Thomson Gale, 2004, s. 267–268. ISBN 0-02-865724-1. (ang.).
  24. ↑ Fang, X. Shi, Y. Shi, D.C. Jiles. Modeling of magnetic properties of heat treated Dy-doped NdFeBparticles bonded in isotropic and anisotropic arrangements. „IEEE Transactions on Magnetics”. 34 (4), s. 1291–1293, 1998. DOI: 10.1109/20.706525. Bibcode: 1998ITM....34.1291F. (ang.). 
  25. ↑ Peter Campbell: Supply and Demand, Part 2. Princeton Electro-Technology, Inc, luty 2008. [dostęp 2014-01-26]. (ang.).
  26. ↑ L.Q. Yu, Y Wen, M Yan. Effects of Dy and Nb on the magnetic properties and corrosion resistance of sintered NdFeB. „Journal of Magnetism and Magnetic Materials”. 283 (2–3), s. 353–356, 2004. DOI: 10.1016/j.jmmm.2004.06.006. Bibcode: 2004JMMM..283..353Y. (ang.). 
  27. ↑ Wide Band Tunable Mechanical Resonator Employing the ΔE Effect of Terfenol-D. „Journal of Intelligent Material Systems and Structures”. 15 (5), s. 355–368, maj 2004. SAGE Publications. DOI: 10.1177/1045389X04040649. (ang.). 
p • d • e
Układ okresowy pierwiastków
1 2   3[i] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8 Uue Ubn ✱  
  ✱ Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs ...[ii]  
Metale alkaliczne Metale ziem
alkalicznych 		Lantanowce Aktynowce Metale przejściowe Metale Półmetale Niemetale Halogeny Gazy szlachetne Właściwości
nieznane
  1. ↑ Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun.
  2. ↑ Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Dysproz&oldid=72703746”