Диспрозијум

С Википедије, слободне енциклопедије
Диспрозијум
Dy chips.jpg
Општа својства
Име, симболдиспрозијум, Dy
Изгледсребрнасто бео
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон


Dy

Cf
тербијумдиспрозијумхолмијум
Атомски број (Z)66
Група, периодаn/a, периода 6
Блокf-блок
Рел. ат. маса (Ar)162,500(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 28, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1680 K ​(1407 °‍C, ​2565 °F)
Тачка кључања2840 K ​(2562 °‍C, ​4653 °F)
Густина при с.т.8,540 g/cm3
течно ст., на т.т.8,37 g/cm3
Топлота фузије11,06 kJ/mol
Топлота испаравања280 kJ/mol
Мол. топл. капацитет27,7 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 1378 1523 (1704)
P (Pa) 103 104 105
на T (K) (1954) (2304) (2831)
Атомска својства
Електронегативност1,22
Енергије јонизације1: 573,0 kJ/mol
2: 1130 kJ/mol
3: 2200 kJ/mol
Атомски радијус178 pm
Ковалентни радијус192±7 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структуразбијена хексагонална (HCP)
Hexagonal close packed кристална структура за диспрозијум
Брзина звука танак штап2710 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширењеα, poly: 9,9 µm/(m·K) (r.t.)
Топл. водљивост10,7 W/(m·K)
Електрична отпорностα, поли: 926 nΩ·m (r.t.)
Магнетни распоредпарамагнетичан на 300 K
Магнетна сусцептибилност (χmol)+103.500·10−6 cm3/mol (293,2 K)[2]
Јангов модулα form: 61,4 GPa
Модул смицањаα form: 24,7 GPa
Модул стишљивостиα form: 40,5 GPa
Поасонов коефицијентα form: 0,247
Викерсова тврдоћа410–550 MPa
Бринелова тврдоћа500–1050 MPa
CAS број7429-91-6
Историја
ОткрићеПол Емил Лекок де Буабодран (1886)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
154Dy syn 3,0×106 y α 150Gd
156Dy 0.056% стабилни
158Dy 0.095% стабилни
160Dy 2.329% стабилни
161Dy 18.889% стабилни
162Dy 25.475% стабилни
163Dy 24.896% стабилни
164Dy 28.260% стабилни
референцеВикиподаци

Диспрозијум (Dy, лат. dysprosium), је хемијски елемент из групе лантаноида са атомским бројем 66.[3][4] Име је добио по грчке речи dysprositos која значи „тешко одржљив“. Диспрозијум је заступљен у земљиној кори у количини од 6 ppm. То је ретки земни елемент, металног сребренастог сјаја. Диспрозијум се не може наћи у природи у елементарном стању, већ је присутан у бројним минералима као што је ксенотим. Најважније руде су му: монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Dy)PO4 и (Ce,La,Nd,Y,Pr,Dy)CO3F. Природна изотопска смеса диспрозијума састављена је из седам изотопа међу којима највише има изотопа 164Dy.

Овај елемент први је открио Пол Емил Лекок де Буабодран 1886, али у свом чистом елементарном облику није добијен све до развоја јонско-измењивачких техника 1950-их. Диспрозијум се користи у релативном мало апликација, углавном тамо где се не може заменити неким другим хемијским елементима. Најчешће се употребљава због свог врло великог попречног пресека апсорпције термалних неутрона, што га чини погодним за контролне шипке у нуклеарним реакторима, као и због велике магнетске сусцептибилности. Такође се користи и у уређајима за похрањивање података, те као састојак терфенола-Д. Растворљиве соли диспрозијума су слабо отровне, док се његове нерастворљиве соли не сматрају отровним.

Историја[уреди | уреди извор]

Године 1878. у рудама ербијума пронађени су оксиди елемената холмијума и тулијума. Француски хемичар Пол Емил Лекок де Буабодран, док је 1886. у Паризу радио са холмијум оксидом, из узорка је издвојио диспрозијум-оксид.[5] Његова процедура за издвајање диспрозијума укључивала је растварање диспрозијум-оксида у киселинама, затим додавање амонијака како би се исталожио хидроксид. Тек након више од 30 покушаја успео је да изолује елемент диспрозијум из његовог оксида. Новом елементу дао је име dysprosium од грчког disprositos (δυσπρόσιτος), што приближно значи „(онај) који се тешко добије”. Ипак, елемент у релативно чистом облику није добијен све до развоја јонско-измјењивачких техника које је развио Франк Спединг са сарадницима на Државном универзитету Ајове почетком 1950-их.[6]

Особине[уреди | уреди извор]

Физичке[уреди | уреди извор]

Изузетно чисти дендрити диспрозијума, величине 2x2 cm

Диспрозијум је ретки земни елемент, са металним, светло сребреним сјајем. Доста је мек, тако да се може резати ножем, те машински обрађивати без искрења, чак и када нема хлађења при обради. Физичке особине диспрозијума значајно се мењају, ако су у њему присутне чак и најмање количине нечистоћа других елемената и супстанци.[7]

Диспрозијум и холмијум имају највећи магнетску пропустљивост (снагу) од свих елемената,[6] а нарочито при врло ниским температурама.[8] Диспрозијум има врло једноставно феромагнетно уређење на температурама испод 85 K (−188,2°C). На температурама изнад тога, прелази у спирално антиферомагнетно стање у којем су сви атомски моменти у одређеном слоју базне равни паралелни, орјентирани под непромењивим углом према моментима суседних слојева. Овако необичан антиферомагнетизам се трансформише у неуређено (парамагнетно) стање при температури од 179 K (−94°C).[9]

Хемијске[уреди | уреди извор]

Метални диспрозијум полко потамни у присуству ваздуха и лахко сагорева дајући диспрозијум(III) оксид:

4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3

Овај елемент је доста електропозитиван и споро реагује с хладном водом (а много брже с врелом) градећи диспрозијум хидроксид:

2 Dy (č) + 6 H2O (t) → 2 Dy(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Диспрозијум бурно реагује са свим халогеним елементима на температури изнад 200°C:

2 Dy (č) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (č) [зелен]
2 Dy (č) + 3 Cl2 (g) → 2 DyCl3 (č) [бео]
2 Dy (č) + 3 Br2 (g) → 2 DyBr3 (č) [бео]
2 Dy (č) + 3 I2 (g) → 2 DyI3 (č) [зелен]

Такође се лако раствара у разређеној сумпорној киселини градећи растворе који садрже жуте Dy(III) јоне у облику комплекса [Dy(OH2)9]3+:[10]

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

Настало једињење, диспрозијум(III)-сулфат, је изразито парамагнетичан.

Изотопи[уреди | уреди извор]

Диспрозијум у природи састављен је из седам изотопа: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy и 164Dy. За све ове изотопе сматра се да су стабилни, мада се изотоп 156Dy распада алфа распадом с временом полураспада од прекo 1×1018 година. Од природних изотопа, најзаступљенији је 164Dy са уделом од 28%, а следи изотоп 162Dy са 26%. Најмање је заступљен изотоп 156Dy са 0,06% удела.[11]

Поред стабилних, познато је још и 29 радиоактивних вештачких изотопа, чије атомске масе се крећу у распону од 138 до 173. Најстабилнији радиоактивни изотоп диспрозијума је 154Dy са временом полураспада од приближно 3×106 година. Следи 159Dy, чије време полураспада износи 144,4 дана. Најмање стабилан изотоп је 138Dy, који има време полураспада од 200 ms. Као генерално правило, изотопи лакши од стабилних претежно се распадају бета распадом (β+), док они тежи од стабилних углавном се распадају β распадом. Ипак, изотоп 154Dy се распада углавном алфа распадом, док се изотопи 152Dy и 159Dy претежно распадају електронским захватом.[11] Диспрозијум такође има најмање 11 метастабилних изомера, чије атомске масе се крећу од 140 до 165. Најстабилнији метастабилни изомер је 165mDy, чије време полураспада износи 1,257 минуту. Изотоп 149Dy има два метастабилна изомера, од којих други, 149m2Dy, има време полураспада од 28 наносекунди.[11]

Распрострањеност[уреди | уреди извор]

Иако се диспрозијум нигдје не може наћи у облику самородног елемента, нађен је у саставу бројних минерала, као што су ксенотим, фергусонит, гадолинит, еуксенит, поликрас, бломстрандин, монацит и бастнесит; често заједно с ербијумом, холмијумом и другим ретким земним елементима. У данашње време, већина диспрозијума добија се из јонско-апсорбујућих глинених руда из јужне Кине,[12] а у будућности се очекује да би се могао добијати из рудних извора у подручју Холс Крика у западној Аустралији.[13] У таквим рудним изворима који садрже велике количине итријума, диспрозијум је један од највише заступљених тешких лантаноида, са садржајем од 7% до 8% концентрата (поређења рад, такав концентрат садржи око 65% итријума).[14][15] Концентрација Dy у Земљиној кори износи око 5,2 mg/kg а у морској води око 0,9 ng/L.[16]

Добијање[уреди | уреди извор]

Основни начин добијања диспрозијума је из монацитног песка, мешавине разних фосфата. Метал се добија као нуспроизвод при индустријској производњи и издвајању итријума. Да би се из руде издвојио чисти диспрозијум, већина непожељних метала се може уклонити деловањем магнета[17] или процесом флотације. Тек након тога диспрозијум се може одвојити од других ретких земних метала у неком од процеса јонско-измењивачке технике. Добијени јони диспрозијума затим реагују било са флуором или хлором да би се добио диспрозијум флуорид, DyF3 или диспрозијум хлорид, DyCl3. Ова једињења се могу редуцирати са металним калцијумом или литијумом, како је приказано у следећим реакцијама:[18]

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

Састојци се стављају у тигл сачињен од тантала те се пале у атмосфери хелијума. Како реакција напредује, добијена халидна једињења и истопљени диспрозијум се одвајају једни од других, јер имају различите густине. Затим се смеша хлади, а диспрозијум се може одсећи и одвојити од нечистоћа.[18] Сваке године у свету се произведе око 100 тона диспрозијума,[19] а 99% од тога се произведе у Кини.[20] Цене овог метала се повећала за 20 пута, од 7 УС$ за фунту (0,45359237 kg) 2003. године на 130 УС$ за фунту крајем 2010. године.[20] На светском тржишту цена је кретала око 1.400 УС$ по kg у 2011. али је пала на 240 УС$ у 2015, углавном због бесправне производње у Кини где су произвођачи „заобилазили” законске регулативе и ограничења кинеске владе.[21] Према извештајима америчког министарства енергије, због великог броја тренутних и очекиваних апликација за чији успех је неопходан, између осталог, и диспрозијум, уз истовремени недостатак неког погодног материјала који би га заменио у кратком временском интервалу, наводи се да би диспрозијум могао бити један од најкритичнијих елемената за непојављивање технологија за добијање чисте енергије. Према извештајима из 2011, најоптимистичнија предвиђања била су да ће већ за наредне четири године доћи до недостатка диспрозијума на светском тржишту. Ипак, већ крајем 2015. у погону је била екстракцијска индустрија ретких земаља (укључујући и диспрозијума) у западној Аустралији.[22]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  5. ^ de Boisbaudran, Paul Émile Lecoq (1886). „L'holmine (ou terre X de M Soret) contient au moins deux radicaux métallique”. Comptes Rendus (на језику: француски). 143: 1003—1006. 
  6. ^ а б Emsley John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. стр. 129—132. ISBN 0-19-850341-5. 
  7. ^ Lide, David R., ур. (2007). „Dysprosium”. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4 (88. изд.). New York: CRC Press. стр. 11. ISBN 978-0-8493-0488-0. 
  8. ^ Krebs, Robert E. (1998). „Dysprosium”. The History and Use of our Earth's Chemical Elements. Greenwood Press. стр. 234–235. ISBN 0-313-30123-9. 
  9. ^ Jackson, Mike (2000). „Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths” (PDF). IRM Quarterly. Institute for Rock Magnetism. 10 (3): 6. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 12. 7. 2017. Приступљено 23. 7. 2017. 
  10. ^ „Chemical reactions of Dysprosium”. Webelements. Приступљено 16. 8. 2012. 
  11. ^ а б в Audi, G.; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A. H. (2003). „Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  12. ^ Bradsher Keith (25. 12. 2009). „Earth-Friendly Elements, Mined Destructively”. The New York Times. 
  13. ^ Brann Matt (27. 11. 2011). „Halls Creek turning into a hub for rare earths”. 
  14. ^ A. V. Naumov (2008). „Review of the World Market of Rare-Earth Metals”. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 49 (1): 14—22. doi:10.1007/s11981-008-1004-6. 
  15. ^ C. K. Gupta; Krishnamurthy N. (2005). Extractive Metallurgy of Rare Earths. CRC Press. ISBN 978-0-415-33340-5. 
  16. ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 289—290. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009. 
  17. ^ Sofía Riaño; Koen Binnemans (2015). „Extraction and separation of neodymium and dysprosium from used NdFeB magnets: an application of ionic liquids in solvent extraction towards the recycling of magnets”. Green Chem. (17): 2931—2942. doi:10.1039/C5GC00230C. Приступљено 25. 7. 2017. 
  18. ^ а б Heiserman, David L. (1992). Exploring Chemical Elements and their Compounds. TAB Books. стр. 236–238. ISBN 0-8306-3018-X. 
  19. ^ „Dysprosium (Dy) - Chemical properties, Health and Environmental effects”. Lenntech Water treatment & air purification Holding B.V. 2008. Приступљено 2. 6. 2009. 
  20. ^ а б Bradsher, Keith (29. 12. 2010). „In China, Illegal Rare Earth Mines Face Crackdown”. The New York Times. 
  21. ^ Rijetke zemlje (arhiva). United States Geological Survey. januar 2016.
  22. ^ Jasper, Clint (22. 9. 2015). „Staring down a multitude of challenges, these Australian rare earth miners are confident they can break into the market”. abc.net.au. 

Спољашње везе[уреди | уреди извор]