Erbium - Erbium

Erbium, ₆₈ Er
Erbium
Výslovnost	/ Ɜːr b jsem ə m / ( UR -bee-əm )
Vzhled	stříbřitě bílá
Standardní atomová hmotnost A r, std (Er)	167,259 (3)
Erbium v periodické tabulce
	holmium ← erbium → thulium
Atomové číslo ( Z )	68
Skupina	skupina n / a
Doba	období 6
Blok	f-blok
Konfigurace elektronů	[ Xe ] 4f 12 6s 2
Elektrony na skořápku	2, 8, 18, 30, 8, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze na STP	pevný
Bod tání	1802 K (1529 ° C, 2784 ° F)
Bod varu	3141 K (2868 ° C, 5194 ° F)
Hustota (blízko rt )	9,066 g / cm 3
když kapalina (při mp )	8,86 g / cm 3
Teplo fúze	19,90 kJ / mol
Odpařovací teplo	280 kJ / mol
Molární tepelná kapacita	28,12 J / (mol · K)
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy	0, +1, +2, +3 ( zásaditý oxid)
Elektronegativita	Paulingova stupnice: 1,24
Ionizační energie
Atomový poloměr	empirické: 176 hodin
Kovalentní poloměr	189 ± 18 hodin
	Spektrální linie erbia
Další vlastnosti
Přirozený výskyt	prvotní
Krystalická struktura	šestihranný uzavřený (hcp)
Rychlost zvuku tenké tyče	2830 m / s (při 20 ° C)
Teplotní roztažnost	poly: 12,2 µm / (m⋅K) ( rt )
Tepelná vodivost	14,5 W / (m⋅K)
Elektrický odpor	poly: 0,860 µΩ⋅m ( rt )
Magnetické objednávání	paramagnetický při 300 K.
Molární magnetická susceptibilita	44 300 0,00 x 10 -6 cm 3 / mol
Youngův modul	69,9 GPa
Tažný modul	28,3 GPa
Hromadný modul	44,4 GPa
Poissonův poměr	0,237
Vickersova tvrdost	430–700 MPa
Brinellova tvrdost	600–1070 MPa
Číslo CAS	7440-52-0
Dějiny
Pojmenování	po Ytterby (Švédsko), kde byl těžen
Objev	Carl Gustaf Mosander (1843)
Hlavní izotopy erbia
	Kategorie: Erbium; Pohled; mluvit; Upravit; \| Reference

Erbium je chemický prvek se symbolem Er a atomovým číslem 68. Stříbřitě bílý pevný kov, je-li uměle izolován, přírodní erbium se vždy nachází v chemické kombinaci s jinými prvky. Je to lanthanoidů , je vzácných zemin , původně nalezen v gadolinite dolu v Ytterby , Švédsko , který je zdrojem názvem elementu.

Hlavní použití Erbium zahrnuje jeho růžově zbarvené ionty Er ³⁺ , které mají optické fluorescenční vlastnosti zvláště užitečné v určitých laserových aplikacích. Jako optické zesilovací médium lze použít brýle nebo krystaly dotované Erbiem, kde jsou ionty Er ³⁺ opticky čerpány kolem 980 nebo1480 nm a poté vyzařovat světlo při1530 nm ve stimulované emisi. Výsledkem tohoto procesu je neobvykle mechanicky jednoduchý laserový optický zesilovač pro signály přenášené vláknovou optikou. TheVlnová délka 1550 nm je zvláště důležitá pro optickou komunikaci, protože standardní optická vlákna s jediným režimem mají minimální ztrátu při této konkrétní vlnové délce.

Kromě zesilovacích laserů s optickými vlákny se na erbiové ionty spoléhá také široká škála lékařských aplikací (tj. Dermatologie, stomatologie). Emise 2940 nm (viz Er: YAG laser ), když svítí na jinou vlnovou délku, která je vysoce absorbována ve vodě v tkáních, takže je její účinek velmi povrchní. Taková mělká tkáňová depozice laserové energie je užitečná v laserové chirurgii a pro efektivní produkci páry, která produkuje ablaci skloviny běžnými typy zubního laseru .

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Erbium (III) chlorid ve slunečním světle, vykazující určitou růžovou fluorescenci Er ⁺³ z přírodního ultrafialového záření.

Trojmocný prvek, čistý erbium kov je poddajný (nebo lehce tvarovat), měkké přesto stabilní na vzduchu, a ne okysličovat tak rychle, jako některé jiné kovy vzácných zemin . Jeho soli jsou růžově zbarvené a prvek má charakteristické ostré pásma absorpčního spektra ve viditelném světle , ultrafialovém záření a v blízké infračervené oblasti . Jinak vypadá podobně jako ostatní vzácné zeminy. Jeho sesquioxid se nazývá erbia . Vlastnosti Erbia jsou do určité míry diktovány druhem a množstvím přítomných nečistot. Erbium nehraje žádnou známou biologickou roli, ale předpokládá se, že dokáže stimulovat metabolismus .

Erbium je feromagnetické pod 19 K, antiferomagnetické mezi 19 a 80 K a paramagnetické nad 80 K.

Erbium může tvořit atomové shluky Er ₃ N ve tvaru vrtule , kde vzdálenost mezi atomy erbia je 0,35 nm. Tyto shluky lze izolovat jejich zapouzdřením do molekul fullerenu , což potvrzuje transmisní elektronová mikroskopie .

Chemické vlastnosti

Kov Erbium si zachovává svůj lesk na suchém vzduchu, na vlhkém vzduchu se však pomalu zakalí a snadno hoří za vzniku oxidu erbičitého :

4 Er + 3 O ₂ → 2 Er ₂ O ₃

Erbium je docela elektropozitivní a reaguje pomalu se studenou vodou a poměrně rychle s horkou vodou za vzniku hydroxidu erbia:

2 Er (s) + 6 H ₂ O (l) → 2 Er (OH) ₃ (aq) + 3 H ₂ (g)

Erbium reaguje se všemi halogeny:

2 Er (s) + 3 F ₂ (g) → 2 ErF ₃ (s) [růžový]

2 Er (y) + 3 Cl ₂ (g) → 2 ErCl ₃ (y) [fialový]

2 Er (s) + 3 Br ₂ (g) → 2 ErBr ₃ (s) [fialová]

2 Er (s) + 3 I ₂ (g) → 2 ErI ₃ (s) [fialová]

Erbium se snadno rozpouští ve zředěné kyselině sírové za vzniku roztoků obsahujících hydratované ionty Er (III), které existují jako růžově červené [Er (OH ₂ ) ₉ ] ³⁺ hydratační komplexy:

2 Er (s) + 3 H ₂ SO ₄ (aq) → 2 Er ³⁺ (aq) + 3 SO^2-
₄(aq) + 3 H ₂ (g)

Izotopy

Přirozeně se vyskytující erb se skládá ze 6 stabilních izotopů ,¹⁶²
Er
, ¹⁶⁴
Er
, ¹⁶⁶
Er
, ¹⁶⁷
Er
, ¹⁶⁸
Er
, a ¹⁷⁰
Er
, s ¹⁶⁶
Er
je nejhojnější (33 503% přirozená hojnost ). Bylo charakterizováno 29 radioizotopů , přičemž nejstabilnější je¹⁶⁹
Er
s poločasem rozpadu z9,4 d ,¹⁷²
Er
s poločasem rozpadu 49,3 h ,¹⁶⁰
Er
s poločasem rozpadu 28,58 h ,¹⁶⁵
Er
s poločasem rozpadu 10,36 h a¹⁷¹
Er
s poločasem rozpadu 7,516 h . Všechny zbývající radioaktivní izotopy mají poločasy, které jsou menší než3,5 hodiny a většina z nich má poločasy kratší než 4 minuty. Tento prvek má také 13 meta stavů , přičemž nejstabilnější je^{167 m}
Er
s poločasem rozpadu 2,269 s .

Izotopy erbia se pohybují v atomové hmotnosti od142,963 u (¹⁴³
Er
) až 176 9541 u (¹⁷⁷
Er
). Režim primárního rozpadu před nejhojnějším stabilním izotopem,¹⁶⁶
Er
, je elektronový záchyt a primárním režimem je rozpad beta . Primární produkty rozpadu dříve¹⁶⁶
Er
jsou izotopy prvku 67 ( holmium ) a jejich primárními produkty jsou izotopy prvku 69 ( thulium ).

Dějiny

Erbium (pro Ytterby , vesnice Švédsku ) byl objeven od Carl Gustaf Mosander v roce 1843. Mosander pracoval se vzorkem, co byla myšlenka být jednotlivé oxidů kovů ytria , odvozený z minerální gadolinite . Zjistil, že vzorek obsahuje kromě čisté yttrie alespoň dva oxidy kovů, které pojmenoval „ erbia “ a „ terbia “ podle vesnice Ytterby, kde byl nalezen gadolinit. Mosander si nebyl jistý čistotou oxidů a pozdější testy jeho nejistotu potvrdily. Nejen, že „yttria“ obsahovala ytrium, erbium a terbium; v následujících letech objevili chemici, geologové a spektroskopové pět dalších prvků: ytterbium , skandium , thulium , holmium a gadolinium .

Erbia a terbia však byly v tuto chvíli zmatené. Během spektroskopie spektroskop omylem změnil názvy těchto dvou prvků. Po roce 1860 byla terbia přejmenována na erbia a po roce 1877 byla přejmenována na erbia terbia. Poměrně čistý Er ₂O ₃ byl nezávisle izolován v roce 1905 Georgesem Urbainem a Charlesem Jamesem . Rozumně čistý erbium kov se nevyrábí až do roku 1934, kdy Wilhelm Klemm a Heinrich Bommer snížila bezvodý chlorid s draselným páry. Teprve v 90. letech se cena oxidu erbičitého odvozeného z Číny snížila natolik, aby bylo možné erbium považovat za použití jako barvivo v uměleckém skle.

Výskyt

Monazitový písek

Koncentrace erbia v zemské kůře je asi 2,8 mg / kg a v mořské vodě 0,9 ng / l. Tato koncentrace stačí k tomu, aby erbium bylo v zemské kůře asi 45. v hojném počtu prvků .

Stejně jako ostatní vzácné zeminy se tento prvek v přírodě nikdy nenachází jako volný prvek, ale nachází se vázaný v monazitových pískových rudách. Historicky bylo velmi obtížné a nákladné oddělit od sebe vzácné zeminy v jejich rudách, ale iontoměničové chromatografické metody vyvinuté na konci 20. století výrazně snížily náklady na výrobu všech kovů vzácných zemin a jejich chemických sloučenin .

Hlavní komerční zdroje erbia pocházejí z minerálů xenotimu a euxenitu a nejnověji iontové adsorpční jíly jižní Číny; v důsledku toho se Čína nyní stala hlavním globálním dodavatelem tohoto prvku. Ve verzích těchto koncentrátů rudy s vysokým obsahem ytria tvoří ytrium asi dvě třetiny celkové hmotnosti a erbia asi 4–5%. Když je koncentrát rozpuštěn v kyselině, erbia uvolňuje dostatek erbiového iontu, aby roztoku dodala výraznou a charakteristickou růžovou barvu. Toto barevné chování je podobné tomu, co by Mosander a ostatní časní pracovníci lanthanoidů viděli ve svých výtažcích z gadolinitových minerálů Ytterby.

Výroba

Rozdrcené minerály jsou napadeny kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou, která přeměňuje nerozpustné oxidy vzácných zemin na rozpustné chloridy nebo sírany. Kyselé filtráty jsou částečně neutralizovány hydroxidem sodným (hydroxidem sodným) na pH 3–4. Thorium se vysráží z roztoku jako hydroxid a odstraní se. Poté se na roztok působí oxalátem amonným za účelem přeměny vzácných zemin na jejich nerozpustné oxaláty . Oxaláty se převádějí na oxidy žíháním. Oxidy se rozpustí v kyselině dusičné , který vylučuje jeden z hlavních složek, ceru , jehož oxid je nerozpustný v HNO ₃ . Roztok se zpracuje dusičnanem hořečnatým za vzniku krystalické směsi podvojných solí kovů vzácných zemin. Soli se oddělí iontovou výměnou . V tomto procesu jsou ionty vzácných zemin sorbovány na vhodnou iontoměničovou pryskyřici výměnou s vodíkovými, amonnými nebo měďnatými ionty přítomnými v pryskyřici. Ionty vzácných zemin jsou poté selektivně vymyty vhodným komplexotvorným činidlem. Erbium se získává z jeho oxidů nebo solí zahříváním s vápníkem na1450 ° C v atmosféře argonu.

Aplikace

Erbiové sklo

Erbium má každodenní použití různorodé. Běžně se používá jako fotografický filtr a díky své odolnosti je užitečný jako metalurgická přísada.

Lasery a optika

Široká škála lékařských aplikací (tj. Dermatologie, stomatologie) využívá erbiové ionty Emise 2940 nm (viz Er: YAG laser ), která je vysoce absorbována ve vodě ( absorpční koeficient asi12 000 / cm ). Taková mělká tkáňová depozice laserové energie je nezbytná pro laserovou chirurgii a efektivní produkci páry pro laserovou ablaci skloviny ve stomatologii.

Erbiem dopovaná optická křemičitá skleněná vlákna jsou aktivním prvkem v zesilovačích vláken dopovaných erbiem (EDFA), které jsou široce používány v optické komunikaci . Stejná vlákna lze použít k vytvoření vláknových laserů . Aby bylo možné pracovat efektivně, je vlákno dotované erbiem obvykle dopováno skleněnými modifikátory / homogenizátory, často hliníkem nebo fosforem. Tyto příměsi pomáhají předcházet shlukování Er iontů a efektivněji přenášet energii mezi excitačním světlem (také známým jako optická pumpa) a signálem. Co-doping optického vlákna s Er a Yb se používá ve vysoce výkonných Er / Yb vláknových laserech . Erbium lze také použít v zesilovačích vlnovodů dopovaných erbiem .

Hutnictví

Když je erbium přidáno k vanadu jako slitina , snižuje tvrdost a zlepšuje zpracovatelnost. Slitina erbium- nikl Er ₃ Ni má neobvykle vysokou měrnou tepelnou kapacitu při teplotách kapaliny a helia a používá se v kryochladičích ; směs 65% Er ₃Co a 35% Er _0,9Yb _0,1 Ni objemově ještě zlepšuje specifickou tepelnou kapacitu.

Zbarvení

Oxid erbičitý má růžovou barvu a někdy se používá jako barvivo na sklo , kubický zirkon a porcelán . Sklo se pak často používá ve slunečních brýlích a levných špercích .

Ostatní

Erbium se používá v jaderné technologii v řídicích tyčích absorbujících neutrony .

Biologická role

Erbium nemá biologickou roli, ale soli erbia mohou stimulovat metabolismus . Lidé konzumují v průměru 1 miligram erbia ročně. Nejvyšší koncentrace erbia u lidí je v kostech , ale erbium je také v lidských ledvinách a játrech .

Toxicita

Erbium je při požití mírně toxický, ale sloučeniny erbia nejsou toxické. Kovové erbium ve formě prachu představuje nebezpečí požáru a výbuchu.

Reference

Další čtení

Průvodce po prvcích - revidované vydání , Albert Stwertka (Oxford University Press; 1998), ISBN 0-19-508083-1 .

externí odkazy

Je to Elemental - Erbium

Languages

In other projects