Диспрозий

Диспро́зий (химический символ — Dy, от лат. Dysprosium[3]) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — третьей группы побочной подгруппы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 66.

Диспрозий
← Тербий | Гольмий →
66 Dy
↓
Cf
Периодическая система элементов
66Dy
Внешний вид простого вещества
Образец диспрозия
Свойства атома
Название, символ, номер Диспрозий / Dysprosium (Dy), 66
Группа, период, блок 3 (устар. 3), 6,
f-элемент
Атомная масса
(молярная масса)		 162,500(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 6s24f10
Радиус атома 180 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 159 пм
Радиус иона (+3e) 90,8 пм
Электродный потенциал Dy←Dy3+ -2,29В
Dy←Dy2+ -2,2В
Степени окисления +3
Энергия ионизации
(первый электрон)		  567,0(5,88) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,55 г/см³
Температура плавления 1685 K (+1411°C)
Температура кипения 2835 K (+2561°C)
Уд. теплота испарения 291 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 28,16[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 19,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гексагональная
Параметры решётки a=3,593 c=5,654 Å
Отношение c/a 1,574
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 10,7 Вт/(м·К)
Номер CAS 7429-91-6
66
Диспрозий
162,500
4f106s2

Относится к семейству «Лантаноиды».

Простое вещество диспрозий — это редкоземельный серебристо-серый металл. В чистом виде в природе не встречается, однако входит в состав некоторых минералов, например, ксенотима.

Свойства

Физические

Полная электронная конфигурация атома диспрозия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f10.

Диспрозий — это серебристо-серый металл. Не радиоактивен. Является ферромагнетиком.

Ниже 1384 °C устойчив, α-модификация с гексагональной плотноупакованной решёткой.

Температура плавления — 1407 °C, кипения — 2567 °C. Плотность 8551 кг/м3. Точка Кюри 88,3 К[3].

Химические

В соединениях проявляет степень окисления +3. Металлический диспрозий медленно окисляется на воздухе при температуре 20 °C[3].

При нагревании металлический диспрозий реагирует с галогенами, азотом, водородом. Взаимодействует с минеральными кислотами (кроме HF), образуя соли Dy (III), не взаимодействует с растворами щелочей.

История

В 1878 году было обнаружено, что в рудах эрбия содержатся оксиды гольмия и тулия. В 1886 году в Париже французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран, работая с оксидом гольмия, отделил от него оксид диспрозия[4]. Его процедура выделения диспрозия включала растворение оксида диспрозия в кислоте, а затем добавление аммиака для осаждения гидроксида. Он смог изолировать диспрозий от его оксида только после более чем 30 попыток. После успеха он назвал элемент диспрозием от греческого диспрозитос (др.-греч. δυσπρόσιτος), что означает «трудно получить». Элемент не был выделен в относительно чистой форме до тех пор, пока в начале 1950-х годов Фрэнк Спеддинг из Университета штата Айова не разработал методы ионного обмена[5].

Из-за его применения в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин, утверждалось, что диспрозий будет одним из главных объектов геополитической конкуренции в мире, в сфере возобновляемых источников энергии. Но эта точка зрения подверглась критике за то, что она не учла, что большинство ветряных турбин не используют постоянные магниты, а также за недооценку силы экономических стимулов для расширения производства[6].

Нахождение в природе
Подробнее см. Редкоземельные элементы

Кларк диспрозия в земной коре (по Тэйлору) — 5 г/т, содержание в воде океанов — 2,9⋅10−6[7]. Вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов гадолинита, ксенотима, монацита, апатита, бастензита и других.

Месторождения

Диспрозий добывается в месторождениях лантаноидов, наиболее значительные из которых находятся в Китае, США, Вьетнаме, Афганистане, России (Кольский полуостров), Киргизии, Австралии, Бразилии, Индии[8]. Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии[9].

Изотопы
Основная статья: Изотопы диспрозия

Естественный диспрозий состоит из 7 стабильных изотопов: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy и 164Dy; 164Dy является наиболее распространённым (28,26 % естественного диспрозия). Описаны 29 радиоизотопов, наиболее стабильны из которых 154Dy с периодом полураспада 3 000 000 лет, 159Dy с периодом полураспада 144,4 суток, 166Dy с периодом полураспада 81,6 часа. У остальных радиоактивных изотопов период полураспада менее 10 часов. Диспрозий имеет также 12 ядерных изомеров, наиболее стабильный из которых 165mDy с периодом полураспада 1,257 мин.

Получение

Диспрозий получают восстановлением DyCl3 или DyF3 кальцием, натрием или литием.

Цены

Цены на металлический диспрозий в слитках чистотой 99—99,9 % в 2008 году составляли 180—250 долларов за 1 кг[10] (260—360 евро/кг).

В 2014 году 10 грамм диспрозия чистотой 99,9 % можно было купить за 114 евро (11400 евро/кг). За 2010-е годы стоимость диспрозия выросла на 2000 %[11].

Применение
  • Металлургия. Диспрозий служит легирующим компонентом цинковых сплавов. Добавление диспрозия к цирконию резко улучшает его технологичность (но увеличивает сечение захвата тепловых нейтронов). Так, легированный диспрозием цирконий легко поддается обработке давлением (прессование прутков).
  • Лазерные материалы. Ионы диспрозия применяются в медицинских лазерах (длина волны — 2,36 мкм).
  • Катализаторы. Применяется в качестве эффективного катализатора.
  • Ядерная энергетика. Диспрозий применяется в атомной технике (борид, борат, оксид, гафнат, титанат) как активно захватывающий нейтроны материал (покрытия, эмали, краски, регулирующие стержни), сечение захвата природной смеси изотопов около 930 барн, а самыми активными в природной смеси изотопов к захвату нейтронов являются диспрозий-161 (585 барн) и диспрозий-164 (2700 барн). Например, в регулирующих стержнях реакторов ВВЭР-1000 применяется титанат диспрозия[12], однако лишь в качестве дополнения, основная часть стержня заполнена карбидом бора. Эффективность поглощения у титаната диспрозия меньше, чем у бора, но на диспрозии поглощаются нейтроны с вылетом только гамма-квантов, без испускания альфа-частиц, поэтому это вещество не распухает[13].
  • Гигантский магнитострикционный эффект. Сплав диспрозий-железо, в поликристаллическом и особенно в монокристаллическом виде применяется как мощный магнитострикционный материал.
  • Термоэлектрические материалы. Термо-ЭДС монотеллурида диспрозия — около 15—20 мкВ/К.
  • Электроника. Ортоферрит диспрозия ограниченно находит применение в электронике.
  • Магнитные материалы. Оксид диспрозия применяется в производстве сверхмощных магнитов.
  • Источники света. Диспрозий применяется для производства осветительных металлогалогеновых ламп со спектром, близким к солнечному. Dy2O3 используют как компонент люминофоров красного свечения.

Биологическая роль

Биологической роли не несёт. Металлическая пыль диспрозия раздражает лёгкие.

Примечания
  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 82. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. Бердоносов С. С. ДИСПРОЗИЙ. Большая российская энциклопедия (2017). Дата обращения: 3 января 2020.
  4. de Boisbaudran, Paul Émile Lecoq. L'holmine (ou terre X de M Soret) contient au moins deux radicaux métallique (Holminia contains at least two metal) (фр.) // Comptes Rendus. — 1886. — Vol. 143. — P. 1003—1006.
  5. Emsley, John. Nature's Building Blocks (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 2001. — P. 129—132. — ISBN 978-0-19-850341-5.
  6. Overland, Indra. The geopolitics of renewable energy: Debunking four emerging myths (англ.) // Energy Research & Social Science : journal. — 2019. — 1 March (vol. 49). — P. 36—40. — ISSN 2214-6296. — doi:10.1016/j.erss.2018.10.018.
  7. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  8. Что такое МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ: РУДЫ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ // Энциклопедия Кольера
  9. The tremendous potential of deepsea mud as a source of rare-earth elements // nature.com
  10. Цены на диспрозий // mceproducts.com Архивная копия от 29 декабря 2009 на Wayback Machine
  11. В Германии создали автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов — дешевле, экономичнее и эффективнее // 13.05.2021
  12. Risovany V. D., Varlashova E. E., Suslov D. N. Dysprosium titanate as an absorber material for control rods (англ.) // Journal of Nuclear Materials. — 2000. — September (vol. 281, no. 1). — P. 84—89. — doi:10.1016/S0022-3115(00)00129-X.
  13. Андрушечко С.А. и др. АЭС с реактором типа ВВЭР-1000. От физических основ эксплуатации до эволюции проекта. — М.: Логос, 2010. — С. 197. — 604 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-98704-496-4.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.