Ербій
Зміст |
[ред.] Походження назви
Поряд з трьома іншими хімічними елементами (тербієм, ітербієм, ітрієм) отримав назву на честь села Ітербю, яке знаходиться на острові Ресаре, що входить в Стокгольмський архіпелаг.
[ред.] Фізичні Властивості
chloride_sunlight.jpg)
Ербій тривалентний елемент, чистий метал ковкий та тягучий, м'який та доволі стійкий на повітрі, та окиснюється не так швидко як деякі інші лантаноїди. Його солі забарвлені в рожеві тони, і мають характерний спектр поглинання з гострими піками у видимому діапазоні, ультрафіолеті, та ближньому ІЧ. В іншому цей елемент є типовим рідкісноземельним елементом. Його сесквіоксид також називається ербія. Властивості металічного ербію дуже сильно залежать від кількості домішок. Ербій не відіграє будь-якої відомої біологічної ролі, але є думка, що він посилює метаболізм.[1]
Ербій є феромагнетиком нижче 19 K, антиферомагнетиком між 19 та 80 K та парамагнетиком вишче 80 K.[2]
Ербій здатний формувати кластери Er3N, відстань між атомами ербію 0.35 nm. Ці кластери можуть бути інкапсульовані в молекулі фулерену, що підтверджено ТЕМ.[3]
[ред.] Хімічні властивості
Металічний ербій повільно вкривається оксидною плівкою ербію (III) оксиду та втрачає блиск:
- 4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3
Ербій є типовим електропозитивним елементом та реагує повільно із холодною водою та швидше із гарячою, з утворенням гідроксиду ербію:
- 2 Er (s) + 6 H2O (l) → 2 Er(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
Також він реагує із усіма галогенами:
- 2 Er (s) + 3 F2 (g) → 2 ErF3 (s) [pink]
- 2 Er (s) + 3 Cl2 (g) → 2 ErCl3 (s) [violet]
- 2 Er (s) + 3 Br2 (g) → 2 ErBr3 (s) [violet]
- 2 Er (s) + 3 I2 (g) → 2 ErI3 (s) [violet]
Металічний ербій легко розчиняється у розведеній сірчаній кислоті утворюючи розчин, що містить гідратовані іони Er(III), що існують у вигляди гідратованого комплексу [Er(OH2)9]3+:[4]
- 2 Er (s) + 3H2SO4 (aq) → 2 Er3+ (aq) + 3 SO42-(aq) + 3H2(g)
[ред.] Ізотопи
Природній ербій складається із 6 стабільних ізотопів, Er-162, Er-164, Er-166, Er-167, Er-168, та Er-170 з Er-166 що є найбільш поширеними (33.503% природного ербію). 29 радіоізотопів є описаними, найбільш стабільний з яких Шаблон:SimpleNuclide з періодом напіврозпаду 9.4 діб, Er-172 з періодом напіврозпаду 49.3 годин, Er-160 з періодом напіврозпаду 28.58 годин, Er-165 з періодом напіврозпаду 10.36 годин, та Er-171 з періодом напіврозпаду 7.516 годин. Всі інші радіоактивні ізотопи мають період напіврозпаду менше ніж 3.5 годин, та багато з них з періодом напіврозпаду менше 4 хвилин. Цей елемент має також 13 ядерних ізомерів, з найбільш стабільним Er-167m з періодом напіврозпаду 2.269 сек.[5]
Ізотопи ербію лежать у діапазоні атомних мас від 142.9663 (для Er-143) до 176.9541 (для Er-177).
[ред.] Історія
Ербій відкрив у 1843 році Карл Ґустав Мосандер. Однак ще довго припускалось що йшлося про суміш оксидів ербію, скандію, гольмію, тулію та ітербію. Пізніше чистий оксид ербію добув французький хімік Жорж Урбан у 1905 році.
Ербій (від Іттербі, селища у Швеції) був відкритий Карлом Густавом Мозандером у 1843.[6] Мозандер розділив землю "іттрія" з мінералу гадолініту на три фракції які він назвав іттрія, ербія, та тербія. Він назвав елемент із-зі того що біля селища Іттербі було знайдено великі кількості мінералів іттрію та ербію. Ербія та тербія, в той час були дещо переплутані. Після 1860 р. тербію було перейменовано в ербію. та після 1877 землю відому як ербія, було перейменовано в тербію. Достатньо чистий Er2O3 був незалежно ізольований в 1905 Жоржем Урбеном та Чарльзом Джеймсом. Адекватно чистий метал був отриманий лише у 1934 коли Клемм та Боммер відновили безводний хлорид за допомогою калію . І тільки у 1990-х роках китайський оксид ербію впав у ціні, та став використовуватися як барвник для скла.[7]
[ред.] Розповсюдженність
Концентрація ербію у земній корі приблизно 2.8 mg/kg та у морській воді 0.9 ng/L.[8] Ці концентрації достатні для того щоб поставити ербій 45-м з розповсюдження серед елементів у земній корі, таким чином, він більш розповсюджений ніж такий елемент як наприклад свинець.
Як інші рідкісні елементи, цей ніколи не знаходиться у природі у вільному стані але міститься у монацитових пісках. Історично було дуже складно та дорого розділяти рідкісноземельні елементи, але до тих пір як з'явилася доступна іонообмінна хроматографія[9] Розроблена у другій половині ХХ сторіччя, вона дуже суттєво вплинула на вартість багатьох рідкісноземельних елементів.
Комерційним джерелом ербію є мінерали ксенотим та евксеніт, та нещодавно, глини північного Китаю; до речі, зараз Китай є основним постачальником цього елементу. У високо-іттрієвій фракції концентрату іттрій складає 2/3 за вагою, і ербію близько 4-5%. Після розчинення концентрату у кислоті ербій забарвлює розчин у рожевий колір, той самий, якій Мозандер спостерігав досліджуючи мінерали селища Іттербю...
[ред.] Виробництво
Металічний Е. отримують металотермічним відновленням флуориду або хлориду ербію.
Молотий мінерал обробляють соляною чи сірчаною кислотою що переводять нерозчинні оксиди у хлориди чи сульфати. Кислотні фільтрати частково нейтралізують гідроксидом натрію до pH 3-4. Торій осаджується у вигляді гідратованого оксиду, та видаляється. Після цього розчин обробляють оксалатом амонію для осадження рідкісноземельних металів у вигляди нерозчинних оксалатів. Прожарюванням останніх отримують оксиди. Оксиди розчиняють у азотній кислоті щоб відділити основний компонент - церій, його оксид є нерозчинним у HNO3. Розчин обробляють нітратом магнію для осадження подвійної солі рідкісноземельних елементів. В подальшому елементи розділяють іонообмінною хроматографією. В цьому процессі, іони рідкісноземельних елементів пропускаються крізь іонообмінну смолу, насичену іонами водню, амонію або міді. Рідкісноземельні елементи вимиваються послідовно комплексоутворюючими агентами.[8] Металічний ербій отримують із оксиду чи солей шляхом нагрівання з кальцієм за 1450 °C в атмосфері аргону.[8]
[ред.] Застосування
Застосовується при виробництві сортового забарвленого скла, а також скла, яке поглинає інфрачервоні промені.
Повсякденне використання ербію змінюється. Наприклад, він використовується для виробництва скляних фотографічних фільтрів, також він використовується у металургії. Інші використання:
- Використовується у ядерній промисловості.[1][10]
- Доданий до ванадію утворює сплав, з пониженою твердістю та більш технологічний.[11]
- Оксид ербію має рожевий колір, та використовується для забарвлювання скла, цирконів та порцеляни. Скло використовується у сонячних окулярах та ювелірній промисловості.[11]
- Доповані ербієм оптичні скляні волокна є активним елементом в ербієвих оптичних помножувачах (EDFAs), що широко використовуються у оптичних засобах зв'язку.[12] Деякі волокна використовуються у створенні волоконних лазерах. Ко-доповані Er та Yb оптичні волокна використовуються у створенні високоенергетичних Er/Yb волоконних лазерах, що є альтернативою CO2-лазерам для металообробки.[1]
- Сплав ербій-нікель Er3Ni має цікаві магніто-термічні властивості та використовується у кріокулерах; a mixture of 65% Er3Co and 35% Er0.9Yb0.1Ni by volume improves the specific heat capacity even more.[13][14]
- Багато медичних зостосувань (наприклад, дерматологія, стоматологія) використовують випромінення 2940 nm іонів ербію (див. Er:YAG лазер), що сильно поглинається водою (коефіцієнт абсорбції близько 12000/cm).
[ред.] Попередження
Як інші лантаноїди, сполуки ербію мають низку токсичність, хоча їхня токсичність не досліджувалася детально. Металічний ербій у вигляді пилу може утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші.
[ред.] Див. також
[ред.] Примітки
- ↑ а б в Emsley, John «Erbium», Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. — С. 136–139. — Oxford, England, UK : Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850340-7.
- ↑ M. Jackson. Magnetism of Rare Earth// The IRM quarterly. — 10. — (2000) (3).
- ↑ Yuta Sato; Kazu Suenaga; Shingo Okubo; Toshiya Okazaki; Sumio Iijima. Structures of D5d-C80 and Ih-Er3N@C80 Fullerenes and Their Rotation Inside Carbon Nanotubes Demonstrated by Aberration-Corrected Electron Microscopy// Nano Letters. — 7. — (2007). DOI:10.1021/nl0720152.
- ↑ «Chemical reactions of Erbium». Webelements. https://www.webelements.com/erbium/chemistry.html. Процитовано 2009-06-06.
- ↑ Georges Audi. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties// Nuclear Physics A. — 729. — (2003): 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- ↑ C. G. Mosander (October 1843) "On the new metals, Lanthanium and Didymium, which are associated with Cerium; and on Erbium and Terbium, new metals associated with Yttria," Philosophical Magazine, series 3, vol. 23, no. 152, pages 241-254. Available on-line at: http://books.google.com/books?ie=ISO-8859-1&output=html&id=uFAwAAAAIAAJ&dq=Mosander+erbium&ots=IX9LKVOIo2&jtp=241 . Note: The first part of this article, which does NOT concern erbium, is a translation of: C. G. Mosander (1842) "Något om Cer och Lanthan" [Some (news) about cerium and lanthanum], Förhandlingar vid de Skandinaviske naturforskarnes tredje möte (Stockholm) [Transactions of the Third Scandinavian Scientist Conference (Stockholm)], vol. 3, pages 387-398. Available on-line (in Swedish): http://books.google.com/books?ie=ISO-8859-1&output=html&id=XK4tAAAAcAAJ&jtp=387 .
- ↑ Aaron John Ihde The development of modern chemistry. — С. 378–379. — Courier Dover Publications, 1984. ISBN 0486642356.
- ↑ а б в Patnaik, Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — С. 293–295. — McGraw-Hill, 2003. ISBN 0070494398.
- ↑ Early paper on the use of displacement ion-exchange chromatography to separate rare earths: F.H. Spedding and J.E.Powell (1954) "A practical separation of yttrium group rare earths from gadolinite by ion-exchange," Chemical Engineering Progress, vol. 50, pages 7–15.
- ↑ edited by Theodore A. Parish, Vyacheslav V. Khromov, Igor Carron. «Use of UraniumErbium and PlutoniumErbium Fuel in RBMK Reactors», Safety issues associated with Plutonium involvement in the nuclear fuel cycle. — С. 121–125. — CBoston : Kluwer, 1999. ISBN 9780792355939.
- ↑ а б C. R. Hammond The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. — CRC press, 2000. ISBN 0849304814.
- ↑ P.C. Becker, N.A. Olsson, J.R. Simpson ; Erbium-doped fiber amplifiers fundamentals and technology. — San Diego : Academic Press, 1999. ISBN 9780120845903.
- ↑ Peter Kittel Advances in Cryogenic Engineering volume 39a.
- ↑ Ackermann, Robert A. Cryogenic Regenerative Heat Exchangers. — Springer, 1997. ISBN 9780306454493.
[ред.] Для подальшого читання
- Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
[ред.] Посилання
 |
Подивіться erbium у Вікісловнику, вільному словнику. |
- WebElements.com – Erbium (also used as a reference)
- It's Elemental – Erbium
- Chemical Elements: Erbium http://www.chemicalelements.com/elements/er.html
[ред.] Література
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет - Донецьк:"Вебер", 2008. – 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
