disprosiyum - Dysprosium
Disporsiyum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Telaffuz |
/ D ɪ s p r oʊ z i ə m / |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dış görünüş | gümüş beyazı | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standart atom ağırlığı A r, std (Dy) | 162.500(1) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Periyodik tablodaki disprosyum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom numarası ( Z ) | 66 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grup | grup yok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dönem | 6. dönem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Engellemek | f bloğu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektron konfigürasyonu | [ Xe ] 4f 10 6s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kabuk başına elektron | 2, 8, 18, 28, 8, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fiziki ozellikleri | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Faz de STP | sağlam | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erime noktası | 1680 K (1407 °C, 2565 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kaynama noktası | 2840 K (2562 °C, 4653 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yoğunluk ( rt yakın ) | 8,540 g / cc 3. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sıvı olduğunda ( mp'de ) | 8.37 g / cc 3. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Füzyon ısısı | 11.06 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Buharlaşma ısısı | 280 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar ısı kapasitesi | 27,7 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Buhar basıncı
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
atomik özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
oksidasyon durumları | 0, +1, +2, +3 , +4 (zayıf bir bazik oksit) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektronegatiflik | Pauling ölçeği: 1.22 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
iyonlaşma enerjileri | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
atom yarıçapı | ampirik: 178 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent yarıçap | 192±7 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektral hatları Disporsiyum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diğer özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Doğal oluşum | ilkel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristal yapı | altıgen sıkı paketlenmiş (hcp) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ses hızı ince çubuk | 2710 m/s (20 °C'de) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termal Genleşme | α, poli: 9,9 µm/(m⋅K) ( rt ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termal iletkenlik | 10,7 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
elektrik direnci | α, poli: 926 nΩ⋅m ( rt ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Manyetik sıralama | 300 K'da paramanyetik | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar manyetik duyarlılık | + 103 , 500 x 10 -6 cm 3 / mol (293,2 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gencin modülü | α formu: 61,4 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kayma modülü | α formu: 24,7 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
toplu modül | α formu: 40,5 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poisson oranı | α formu: 0.247 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vickers sertliği | 410–550 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinell sertliği | 500–1050 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS numarası | 7429-91-6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tarih | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
keşif | Lecoq de Boisbaudran (1886) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
İlk izolasyon | Georges Urban (1905) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Disprosiyumun ana izotopları | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Disprosyum olan kimyasal element ile sembolü Dy ve atom numarasına Bu bir olan 66. nadir toprak elementi metalik gümüş cilası ile. Disprosyum, ksenotim gibi çeşitli minerallerde bulunmasına rağmen, doğada hiçbir zaman serbest bir element olarak bulunmaz . Doğal olarak oluşan disprosyum, en bol olanı 164 Dy olan yedi izotoptan oluşur .
Disprosyum ilk olarak 1886'da Paul Émile Lecoq de Boisbaudran tarafından tanımlandı , ancak 1950'lerde iyon değiştirme tekniklerinin geliştirilmesine kadar saf formda izole edilmedi . Disprosyum, diğer kimyasal elementlerle değiştirilemeyeceği nispeten az uygulamaya sahiptir. Bu yapım, yüksek termal nötron absorpsiyon kesiti için kullanılan kontrol çubukları içinde nükleer reaktör yüksek için, manyetik duyarlılık ( χ v ≈5.44 × 10 −3 ) veri depolama uygulamalarında ve Terfenol-D'nin bir bileşeni olarak(bir manyetostriktif malzeme). Çözünür disprosyum tuzları hafif derecede toksiktir, çözünmeyen tuzlar ise toksik değildir.
özellikleri
Fiziki ozellikleri
Disprosyum, nadir bulunan bir elementtir ve metalik, parlak gümüş bir parlaklığa sahiptir. Oldukça yumuşaktır ve aşırı ısınma önlenirse kıvılcım çıkarmadan işlenebilir. Disprosiyumun fiziksel özellikleri, küçük miktarlardaki safsızlıklardan bile büyük ölçüde etkilenebilir.
Disprosyum ve holmiyum , özellikle düşük sıcaklıklarda, elementlerin en yüksek manyetik kuvvetlerine sahiptir. Disprosyum, 85 K (−188.2 °C) altındaki sıcaklıklarda basit bir ferromanyetik düzene sahiptir . 85 K'nin (-188.2 °C) üzerinde, belirli bir bazal düzlem katmanındaki tüm atomik momentlerin paralel olduğu ve bitişik katmanların momentlerine sabit bir açıyla yönlendirildiği sarmal bir antiferromanyetik duruma dönüşür . Bu olağandışı antiferromanyetizma , 179 K'de (-94 °C) düzensiz ( paramanyetik ) bir duruma dönüşür .
Kimyasal özellikler
Disprosyum metali parlaklığını kuru havada korur, ancak nemli havada yavaş yavaş kararır ve disprosyum(III) oksit oluşturmak üzere kolayca yanar :
- 4 Dy + 3 O 2 → 2 Dy 2 O 3
Disprosyum oldukça elektropozitiftir ve disprosyum hidroksit oluşturmak için soğuk suyla (ve sıcak suyla oldukça hızlı) yavaş yavaş reaksiyona girer:
- 2 Dy (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Dy(OH) 3 (sulu) + 3 H 2 (g)
Disprosyum metal, 200 °C'nin üzerinde tüm halojenlerle kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer:
- 2 Dy (s) + 3 F 2 (g) → 2 DyF 3 (s) [yeşil]
- 2 Dy (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 DyCl 3 (s) [beyaz]
- 2 Dy (s) + 3 Br 2 (g) → 2 DyBr 3 (s) [beyaz]
- 2 Dy (s) + 3 I 2 (g) → 2 DyI 3 (s) [yeşil]
Disprosyum , bir [Dy(OH 2 ) 9 ] 3+ kompleksi olarak var olan sarı Dy(III) iyonlarını içeren çözeltiler oluşturmak için seyreltik sülfürik asit içinde kolayca çözünür :
- 2 Dy (s) + 3 H 2 SO 4 (sulu) → 2 Dy 3+ (sulu) + 3 SO2−
4(sulu) + 3H 2 (g)
Ortaya çıkan bileşik, disprosyum(III) sülfat, belirgin şekilde paramanyetiktir.
Bileşikler
DyF 3 ve DyBr 3 gibi disprosyum halojenürler sarı renk alma eğilimindedir. Disprosi olarak da bilinen disprosiyum oksit , demir oksitten daha fazla manyetik olan beyaz bir tozdur .
Yüksek sıcaklıklarda olmayan çeşitli metallerle Disprosyum birleştirir gibi Dyn DYP DYH olarak değişen bileşimi, ve, oksitlenme +3 ve bazen + 2 ile ikili bileşikleri oluşturmak için 2 ve DYH 3 ; DyS, DyS 2 , Dy 2 S 3 ve Dy 5 S 7 ; DyB 2 , DyB 4 , DyB 6 ve DyB 12 , ayrıca Dy 3 C ve Dy 2 C 3 .
Disprosyum karbonat, Dy 2 (CO 3 ) 3 ve disprosyum sülfat, Dy 2 (SO 4 ) 3 , benzer reaksiyonlardan kaynaklanır. Disprosiyum karbonat tetrahidrat (Dy 2 (CO 3 ) 3 ·4H 2 O) ve disprosyum oksalat dekahidrat (Dy 2 (C 2 O 4 ) 3 ·10H 2 O) suda çözünmez olsa da çoğu disprosyum bileşiği suda çözünür . En bol bulunan disprosyum karbonatlardan ikisi, Dy 2 (CO 3 ) 3 ·2–3H 2 O (mineral tengerite-(Y)'ye benzer) ve DyCO 3 (OH) (minerallere kozoite-(La) ve kozoite benzer) -(Nd), Dy 2 (CO 3 ) 3 ·4H 2 O formülüne sahip kötü sıralı (amorf) bir öncü faz yoluyla oluştuğu bilinmektedir. ortam ve yüksek sıcaklıklarda kuru işlem altında son derece stabildir.
izotoplar
Doğal olarak oluşan disprosyum yedi izotoptan oluşur : 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 161 Dy, 162 Dy, 163 Dy ve 164 Dy. Bunların hepsi kararlı olarak kabul edilir, ancak 156 Dy teorik olarak 1 × 10 18 yıldan fazla bir yarı ömürle alfa bozunmasına maruz kalabilir . Doğal olarak oluşan izotoplardan 164 Dy %28 ile en bol olanıdır , bunu %26 ile 162 Dy takip eder . En az bol olan %0.06 ile 156 Dy'dir.
Yirmi dokuz radyoizotoplar aynı zamanda 138, bu en stabil olan 173'de atomik kütle arasında değişen sentezlenmiştir 154 a, Dy yarı ömrü yaklaşık olarak 3 x 10 6 , ardından yıl, 159 bir yarı ömür ile Dy 144.4 gün. En az kararlı olanı , 200 ms'lik bir yarı ömre sahip 138 Dy'dir. Genel bir kural olarak, kararlı izotoplardan daha hafif olan izotoplar öncelikle β + bozunması ile bozunma eğilimi gösterirken, daha ağır olanlar β - bozunması ile bozunma eğilimindedir . Bununla birlikte, 154 Dy esas olarak alfa bozunması ile bozunur ve 152 Dy ve 159 Dy esas olarak elektron yakalama ile bozunur . Disprosyum ayrıca atomik kütleleri 140 ile 165 arasında değişen en az 11 metastabil izomer içerir. Bunların en kararlısı 1.257 dakikalık bir yarı ömre sahip 165m Dy'dir. 149 Dy'nin iki yarı kararlı izomeri vardır ve bunlardan ikincisi 149 m2 Dy'nin yarı ömrü 28 ns'dir .
Tarih
1878'de erbiyum cevherlerinin holmiyum ve tulyum oksitlerini içerdiği bulundu . Fransız kimyager Paul Émile Lecoq de Boisbaudran , holmiyum oksit ile çalışırken , 1886'da Paris'te disprosyum oksidi ondan ayırdı. Disprosiyumu izole etme prosedürü, disprosyum oksidin asit içinde çözülmesini ve ardından hidroksiti çökeltmek için amonyak eklenmesini içeriyordu. Prosedüründe 30'dan fazla denemeden sonra disprosiyumu oksitinden izole edebildi. Başarı, o eleman adında disporsiyum Yunanca dan dysprositos "sert olsun" anlamına gelen (δυσπρόσιτος). Eleman tarafından iyon değişim tekniklerinin gelişmesi sonrasına kadar nispeten saf halde izole edilmedi Frank Spedding at Iowa Devlet Üniversitesi 1950'lerin başında.
Rüzgar türbinleri için kullanılan kalıcı mıknatıslardaki rolü nedeniyle, disprosiyumun yenilenebilir enerjiyle çalışan bir dünyada jeopolitik rekabetin ana nesnelerinden biri olacağı tartışıldı. Ancak bu bakış açısı, çoğu rüzgar türbininin kalıcı mıknatıs kullanmadığını fark edememek ve genişletilmiş üretim için ekonomik teşviklerin gücünü hafife almakla eleştirildi.
2021'de Dy, 2 boyutlu süper katı bir kuantum gazına dönüştürüldü.
oluşum
Disprosyuma hiçbir zaman serbest bir element olarak rastlanmamakla birlikte , ksenotim , fergusonit , gadolinit , öksenit , polikraz , blomstrandin , monazit ve bastnäsite dahil olmak üzere birçok mineralde , genellikle erbiyum ve holmiyum veya diğer nadir toprak elementleriyle birlikte bulunur. Henüz disprosiyumun baskın olduğu bir mineral (yani, bileşimdeki diğer nadir toprak elementlerine göre disprosiyumun hakim olduğu) bulunmamıştır.
Bunların yüksek itriyum versiyonunda, disprosyum , konsantrenin % 7-8'ini oluşturan ağır lantanitlerin en bol olanıdır (itriyum için yaklaşık %65'e kıyasla). Dy'nin yerkabuğundaki konsantrasyonu yaklaşık 5,2 mg/kg ve deniz suyunda 0,9 ng/L'dir.
Üretme
Disprosyum öncelikle çeşitli fosfatların bir karışımı olan monazit kumundan elde edilir . Metal, itriyumun ticari ekstraksiyonunda bir yan ürün olarak elde edilir. Disprosiyumu izole ederken, istenmeyen metallerin çoğu manyetik olarak veya bir yüzdürme işlemi ile uzaklaştırılabilir . Disprosyum daha sonra bir iyon değişimi yer değiştirme işlemi ile diğer nadir toprak metallerinden ayrılabilir . Elde edilen disprosyum iyonları ya ile reaksiyona girebilen flor veya klor formu disprosyum florür, DYF için 3 , ya da disprosıyum klorür, DyCl 3 . Bu bileşikler, aşağıdaki reaksiyonlarda kalsiyum veya lityum metalleri kullanılarak indirgenebilir:
- 3 Ca + 2 DyF 3 → 2 Dy + 3 CaF 2
- 3 Li + DyCl 3 → Dy + 3 LiCl
Bileşenler bir tantal potaya yerleştirilir ve helyum atmosferinde ateşlenir . Reaksiyon ilerledikçe, elde edilen halojenür bileşikleri ve erimiş disprosyum yoğunluktaki farklılıklardan dolayı ayrılır. Karışım soğuduğunda, disprosyum safsızlıklardan kesilebilir.
Her yıl dünya çapında yaklaşık 100 ton disprosyum üretilir ve bunun %99'u Çin'de üretilir. Disprosyum fiyatları 2003'te pound başına 7 dolardan 2010'un sonunda 130 dolara çıkarak neredeyse yirmi kat arttı. Fiyat 2011'de 1.400$/kg'a yükseldi, ancak büyük ölçüde Çin'de hükümet kısıtlamalarını aşan yasadışı üretim nedeniyle 2015'te 240 dolara düştü.
Şu anda, çoğu disprosyum, güney Çin'in iyon adsorpsiyonlu kil cevherlerinden elde edilmektedir. Kasım 2018 itibariyle , Batı Avustralya , Halls Creek'in 160 km güney doğusundaki Browns Range Projesi pilot tesisi, yılda 50 ton (49 uzun ton) üretiyor.
Göre , Amerika Enerji Departmanı birlikte herhangi derhal uygun bir yerine eksikliği, bugünkü ve öngörülen kullanımların geniş, temiz enerji teknolojileri gelişmekte için dysprosium tek ve en kritik unsuru yapar - hatta onların en muhafazakar projeksiyonlar bir açığı tahmin 2015'ten önce disprosyum. 2015'in sonlarında, Avustralya'da yeni ortaya çıkan bir nadir toprak (disprosyum dahil) çıkarma endüstrisi var.
Uygulamalar
Disprosyum, lazer malzemeleri ve ticari aydınlatma yapımında vanadyum ve diğer elementlerle birlikte kullanılır . Çünkü disprosyum en yüksek termal nötron absorpsiyon kesiti, disprosyum oksit nikel sermet nötron emici kullanılan kontrol çubukları içinde nükleer reaktörler . Disprosyum- kadmiyum kalkojenitler , kimyasal reaksiyonları incelemek için yararlı olan kızılötesi radyasyon kaynaklarıdır . Disprosyum ve bileşikleri manyetizasyona karşı oldukça hassas olduklarından, sabit diskler gibi çeşitli veri depolama uygulamalarında kullanılırlar . Elektrikli otomobil motorlarında ve rüzgar türbini jeneratörlerinde kullanılan kalıcı mıknatıslar için disprosyum giderek daha fazla talep görmektedir.
Neodimiyum -demir-bor mıknatıslar , elektrikli araçlar için tahrik motorları ve rüzgar türbinleri için jeneratörler gibi zorlu uygulamalar için zorlamayı artırmak için disprosyum ile ikame edilmiş neodimyumun % 6'sına kadar içerebilir. Bu ikame, üretilen elektrikli araba başına 100 grama kadar disprosyum gerektirecektir. Dayanarak Toyota 's yılda 2 milyon adede, hızla mevcut arz tüketeceği bu gibi uygulamalarda Disporsiyum kullanımını tahmin. Disprosyum ikamesi, mıknatısların korozyon direncini geliştirdiği için diğer uygulamalarda da faydalı olabilir.
Disprosyum, demir ve terbiyum ile birlikte Terfenol-D'nin bileşenlerinden biridir . Terfenol-D, dönüştürücülerde , geniş bantlı mekanik rezonatörlerde ve yüksek hassasiyetli sıvı yakıt enjektörlerinde kullanılan, bilinen herhangi bir malzeme içinde en yüksek oda sıcaklığında manyetostriksiyona sahiptir .
Disprosyum iyonlaştırıcı radyasyonu ölçmek için dozimetrelerde kullanılır . Kalsiyum sülfat veya kalsiyum florür kristalleri disprosyum ile katkılanır. Bu kristaller radyasyona maruz kaldığında, disprosyum atomları uyarılır ve ışıldar . Lüminesans, dozimetrenin maruz kaldığı maruz kalma derecesini belirlemek için ölçülebilir.
Disprosyum bileşiklerinin nanofiberleri yüksek mukavemete ve geniş bir yüzey alanına sahiptir. Bu nedenle, diğer malzemeleri güçlendirmek ve katalizör görevi görmek için kullanılabilirler. Disprosyum oksit fluorür elyaflar DyBr sulu çözeltinin ısıtılması suretiyle üretilebilir 3 450 450 ° C arasında ve NaF çubukları 17 saat karıştırıldı. Bu malzeme son derece sağlamdır, 400 °C'yi aşan sıcaklıklarda çeşitli sulu çözeltilerde 100 saatten fazla yeniden çözünmeden veya topaklanmadan hayatta kalır. Ayrıca disprosyum laboratuvar ortamında 2 boyutlu süper katı oluşturmak için kullanılmıştır . Süper katıların, süperakışkanlık dahil olmak üzere olağandışı özellikler sergilemesi beklenir.
Disprosyum iyodür ve disprosyum bromür, yüksek yoğunluklu metal halid lambalarda kullanılır . Bu bileşikler, lambanın sıcak merkezinin yakınında ayrışır ve izole edilmiş disprosyum atomlarını serbest bırakır. İkincisi, spektrumun yeşil ve kırmızı kısmında ışığı yeniden yayar, böylece etkili bir şekilde parlak ışık üretir.
Adyabatik demanyetizasyon buzdolaplarında disprosiyumun çeşitli paramanyetik kristal tuzları (disprosiyum galyum garnet, DGG; disprosiyum alüminyum garnet, DAG; disprosiyum demir garnet, DyIG) kullanılır .
Üç değerlikli disprosyum iyonu (Dy 3+ ) vites küçültme lüminesans özellikleri nedeniyle incelenmiştir. Elektromanyetik spektrumun ultraviyole bölgesinde uyarılan Dy-doped itriyum alüminyum granat ( Dy: YAG ), görünür bölgede daha uzun dalga boylu fotonların emisyonuna neden olur. Bu fikir, yeni nesil UV pompalı beyaz ışık yayan diyotların temelidir.
Önlemler
Pek çok toz gibi, disprosyum tozu da hava ile karıştırıldığında ve bir tutuşturma kaynağı bulunduğunda patlama tehlikesi oluşturabilir. Maddenin ince folyoları ayrıca kıvılcımlar veya statik elektrik ile tutuşabilir . Disprosyum yangınları su ile söndürülemez. Yanıcı hidrojen gazı üretmek için su ile reaksiyona girebilir . Disprosyum klorür yangınları su ile söndürülebilir. Disprosyum florür ve disprosyum oksit yanıcı değildir. Disprosyum nitrat, Dy(NO 3 ) 3 , güçlü bir oksitleyici ajandır ve organik maddelerle temas ettiğinde kolayca tutuşur.
Disprosyum klorür ve disprosyum nitrat gibi çözünür disprosyum tuzları, yutulduğunda hafif derecede toksiktir. Disprosyum klorürün fareler üzerindeki toksisitesine dayanarak, 500 gram veya daha fazlasının yutulmasının bir insan için ölümcül olabileceği tahmin edilmektedir. Çözünmeyen tuzlar toksik değildir.
Referanslar
Dış bağlantılar