Magiczny pierwiastek ziem rzadkich: dysproz

Dysproz,symbol Dy i liczba atomowa 66. Jest to apierwiastek ziem rzadkichz metalicznym połyskiem. Dysproz nigdy nie został znaleziony w przyrodzie jako pojedyncza substancja, chociaż występuje w różnych minerałach, takich jak fosforan itru.

Obfitość dysprozu w skorupie wynosi 6 ppm, czyli mniej niż

itrw ciężkich pierwiastkach ziem rzadkich. Uważany jest za stosunkowo obfity gatunek ciężki

pierwiastek ziem rzadkich i stanowi dobrą podstawę zasobów do jego zastosowania.

Dysproz w swoim naturalnym stanie składa się z siedmiu izotopów, z których najliczniej występuje 164 Dy.

Dysproz został po raz pierwszy odkryty przez Paula Achillecka de Bospoland w 1886 roku, ale dopiero rozwój technologii wymiany jonowej w latach pięćdziesiątych XX wieku pozwolił na jego całkowite wyizolowanie. Dysproz ma stosunkowo niewiele zastosowań, ponieważ nie można go zastąpić innymi pierwiastkami chemicznymi.

Rozpuszczalne sole dysprozu mają niewielką toksyczność, podczas gdy sole nierozpuszczalne są uważane za nietoksyczne.

Odkrywanie historii

Odkrywca: L. Boisbaudran, Francuz

Odkryty w 1886 roku we Francji

Po separacji Mossanderaerbziemia iterbziemię z ziemi itrowej w 1842 r., wielu chemików wykorzystało analizę spektralną do zidentyfikowania i ustalenia, że ​​nie są to czyste tlenki pierwiastka, co zachęciło chemików do dalszego ich oddzielania. Siedem lat po oddzieleniu holmu, w 1886 roku, Bouvabadrand podzielił go na pół i zachował holm, drugi zwany dysprozem, z symbolem pierwiastka Dy. Słowo to pochodzi od greckiego słowa dyspprositos i oznacza „trudny do zdobycia”. Wraz z odkryciem dysprozu i innych pierwiastków ziem rzadkich zakończono drugą połowę trzeciego etapu odkrywania pierwiastków ziem rzadkich.

Konfiguracja elektronowa

Układ elektroniczny:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10

izotop

W stanie naturalnym dysproz składa się z siedmiu izotopów: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy i 164Dy. Wszystkie te związki uważa się za stabilne pomimo rozpadu 156Dy z okresem półtrwania przekraczającym 1*1018 lat. Wśród naturalnie występujących izotopów najliczniej występuje 164Dy (28%), a następnie 162Dy (26%). Najmniej wystarczający jest 156Dy, 0,06%. Zsyntetyzowano także 29 izotopów promieniotwórczych o masie atomowej od 138 do 173. Najbardziej stabilnym jest 154Dy z okresem półtrwania wynoszącym około 3106 lat, a następnie 159Dy z okresem półtrwania wynoszącym 144,4 dni. Najbardziej niestabilny jest 138 Dy z okresem półtrwania 200 milisekund. 154Dy jest spowodowane głównie rozpadem alfa, podczas gdy rozpady 152Dy i 159Dy są spowodowane głównie wychwytem elektronów.

Metal

Dysproz ma metaliczny połysk i jasny srebrny połysk. Jest dość miękki i można go obrabiać bez iskrzenia, jeśli uniknie się przegrzania. Nawet niewielka ilość zanieczyszczeń wpływa na właściwości fizyczne dysprozu. Dysproz i holm mają najwyższą siłę magnetyczną, szczególnie w niskich temperaturach. Prosty ferromagnet dysprozowy staje się spiralnym stanem antyferromagnetycznym w temperaturach poniżej 85 K (-188,2 C) i powyżej 85 K (-188,2 C), gdzie wszystkie atomy są w określonym momencie równoległe do dolnej warstwy i zwrócone są do sąsiednich warstw pod stałym kątem . Ten niezwykły antyferromagnetyzm przekształca się w stan nieuporządkowany (paramagnetyczny) w temperaturze 179 K (-94 C).

Aplikacja:

(1) Jako dodatek do magnesów trwałych neodymowo-żelazowo-borowych, dodanie około 2-3% dysprozu do tego typu magnesu może poprawić jego koercję. W przeszłości zapotrzebowanie na dysproz nie było duże, ale wraz ze wzrostem zapotrzebowania na magnesy neodymowo-żelazowo-borowe stał się on niezbędnym dodatkiem o zawartości około 95-99,9%, a popyt również szybko rośnie.

(2) Dysproz jest stosowany jako aktywator luminoforów, a trójwartościowy dysproz jest obiecującym jonem aktywującym dla trójkolorowych materiałów luminescencyjnych z pojedynczym centrum emisji. Składa się głównie z dwóch pasm emisji, jeden to emisja żółta, a drugi to emisja niebieska. Materiały luminescencyjne domieszkowane dysprozem można stosować jako luminofory trójkolorowe.

(3) Dysproz jest niezbędnym surowcem metalowym do wytwarzania dużego magnetostrykcyjnego stopu Terfenolu, który umożliwia uzyskanie precyzyjnych ruchów mechanicznych.

(4)Dysproz metaliczny może być używany jako magnetooptyczny materiał magazynujący o dużej prędkości zapisu i czułości odczytu.

(5) Do przygotowania lamp dysprozowych substancją roboczą stosowaną w lampach dysprozowych jest jodek dysprozu. Ten typ lampy ma zalety, takie jak wysoka jasność, dobry kolor, wysoka temperatura barwowa, mały rozmiar i stabilny łuk. Był używany jako źródło światła w filmach, drukowaniu i innych zastosowaniach oświetleniowych.

(6) Ze względu na duże pole przekroju poprzecznego wychwytu neutronów przez pierwiastek dysprozowy, jest on stosowany w przemyśle energii atomowej do pomiaru widm neutronów lub jako pochłaniacz neutronów.

(7) Dy3Al5O12 można również stosować jako magnetyczną substancję roboczą do chłodzenia magnetycznego. Wraz z rozwojem nauki i technologii obszary zastosowań dysprozu będą nadal się poszerzać i rozszerzać.

(8) Nanowłókna związku dysprozu mają dużą wytrzymałość i dużą powierzchnię, dzięki czemu można je stosować do wzmacniania innych materiałów lub jako katalizatory. Ogrzewanie wodnego roztworu DyBr3 i NaF pod ciśnieniem 450 barów przez 17 godzin do 450 ° C może wytworzyć włókna fluorku dysprozu. Materiał ten może pozostawać w różnych roztworach wodnych przez ponad 100 godzin bez rozpuszczenia lub agregacji w temperaturach przekraczających 400°C.

(9) W lodówkach rozmagnesowujących izolację termiczną wykorzystuje się niektóre paramagnetyczne kryształy soli dysprozu, w tym granat dysprozowo-galowy (DGG), granat dysprozowo-glinowy (DAG) i granat dysprozowo-żelazowy (DyIG).

(10) Związki pierwiastków z grupy tlenku dysprozu i kadmu są źródłami promieniowania podczerwonego, które można wykorzystać do badania reakcji chemicznych. Dysproz i jego związki mają silne właściwości magnetyczne, dzięki czemu są przydatne w urządzeniach do przechowywania danych, takich jak dyski twarde.

(11) Część neodymową magnesów neodymowo-żelazowo-borowych można zastąpić dysprozem w celu zwiększenia koercji i poprawy odporności cieplnej magnesów. Jest stosowany w zastosowaniach o wysokich wymaganiach eksploatacyjnych, takich jak elektryczne silniki napędowe pojazdów. Samochody wyposażone w tego typu magnesy mogą zawierać do 100 gramów dysprozu na pojazd. Według szacunkowej rocznej sprzedaży Toyoty na poziomie 2 milionów pojazdów, wkrótce wyczerpie się to światową podaż dysprozu metalicznego. Magnesy zastąpione dysprozem mają również wysoką odporność na korozję.

(12) Związki dysprozu można stosować jako katalizatory w przemyśle rafinacji ropy naftowej i przemyśle chemicznym. Jeśli do katalizatora syntezy żelazotlenku amoniaku doda się dysproz jako promotor strukturalny, można poprawić aktywność katalityczną i odporność cieplną katalizatora. Tlenek dysprozu może być stosowany jako dielektryczny materiał ceramiczny o wysokiej częstotliwości, o strukturze Mg0-Ba0-Dy0n-Ti02, który można stosować w rezonatorach dielektrycznych, filtrach dielektrycznych, zwrotnicach dielektrycznych i urządzeniach komunikacyjnych.