Диспрозий

Диспрозий (Dy, лат. Dysprosium) — химический элемент III группы короткой формы периодической системы. Относится к лантаноидом с атомным номером 66; редкоземельный серебристо серый металл. Не встречается в природе в чистом виде, но входит в состав некоторых минералов, например, ксенотима.

Диспрозий
← Тербий | Гольмий →
66 Dy ↓ Cf 66Dy
Внешний вид простого вещества
Мягкий глянцевитый серебристый металл
Свойства атома
Название, символ, номер	Диспрозий / Dysprosium (Dy), 66
Атомная масса (молярная масса)	162,500(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f10 6s2
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
Температура кипения	2835 K
Уд. теплота испарения	291 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	28,16 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

Свойства

Физические

Диспрозий — серебристо-серый металл. Ниже 1384 °C устойчив α-модификация с гексагональной плотноупакованной решеткой; $t_{пл} 1407 °C$, $t_{кип} 2567 °C$, плотность 8551 кг/м³. Конфигурация внешних электронных оболочек 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6 5s^2 4d^10 5p^6 6s^2 4f^10. Ферромагнетик, точка Кюри 88,3 К.

Химические

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

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. 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 из 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.

Из-за его роли в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин, утверждается, 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.

Нахождение в природе

Кларк диспрозия в земной коре (по Тэйлору) 5 г/т, содержание в воде океанов 2,9⋅10⁻⁶. 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. Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии.

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 составили 180—250 долларов за 1 кг.

В 2014 году 10 грамм диспрозия чистотой 99,9 % можно было купить за 114 евро.

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, 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.
• 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.