Википедија

Disprozijum

Disprozijum (Dy, lat. dysprosium), je hemijski element iz grupe lantanoida sa atomskim brojem 66.[3][4] Ime je dobio po grčke reči dysprositos koja znači „teško održljiv“. Disprozijum je zastupljen u zemljinoj kori u količini od 6 ppm. To je retki zemni element, metalnog srebrnastog sjaja. Disprozijum se ne može naći u prirodi u elementarnom stanju, već je prisutan u brojnim mineralima kao što je ksenotim. Najvažnije rude su mu: monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Dy)PO4 i (Ce,La,Nd,Y,Pr,Dy)CO3F. Prirodna izotopska smesa disprozijuma sastavljena je iz sedam izotopa među kojima najviše ima izotopa 164Dy.

Disprozijum
Opšta svojstva
Ime, simboldisprozijum, Dy
Izgledsrebrnasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Dy
↓
Cf
terbijum ← disprozijum → holmijum ‍
Atomski broj (Z)66
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 6
Blokf-blok
Kategorija  lantanoid
Rel. at. masa (Ar)162,500(1)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 28, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja1680 K ​(1407 °‍C, ​2565 °F)
Tačka ključanja2840 K ​(2562 °‍C, ​4653 °F)
Gustina pri s.t.8,540 g/cm3
tečno st., na t.t.8,37 g/cm3
Toplota fuzije11,06 kJ/mol
Toplota isparavanja280 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet27,7 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1378 1523 (1704)
P (Pa) 103 104 105
na T (K) (1954) (2304) (2831)
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,22
Energije jonizacije1: 573,0 kJ/mol
2: 1130 kJ/mol
3: 2200 kJ/mol
Atomski radijus178 pm
Kovalentni radijus192±7 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​zbijena heksagonalna (HCP)
Zbijena heksagonalna (HCP) kristalna struktura za disprozijum
Brzina zvuka tanak štap2710 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenjeα, poli: 9,9 µm/(m·K) (na s.t.)
Topl. vodljivost10,7 W/(m·K)
Električna otpornostα, poli: 926 nΩ·m (na s.t.)
Magnetni rasporedparamagnetičan na 300 K
Magnetna susceptibilnost (χmol)+103.500·10−6 cm3/mol (293,2 K)[2]
Jangov modulα form: 61,4 GPa
Modul smicanjaα form: 24,7 GPa
Modul stišljivostiα form: 40,5 GPa
Poasonov koeficijentα form: 0,247
Vikersova tvrdoća410–550 MPa
Brinelova tvrdoća500–1050 MPa
CAS broj7429-91-6
Istorija
OtkrićePol Emil Lekok de Buabodran (1886)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
154Dy syn 3,0×106 y α 150Gd
156Dy 0,056% stabilni
158Dy 0,095% stabilni
160Dy 2,329% stabilni
161Dy 18,889% stabilni
162Dy 25,475% stabilni
163Dy 24,896% stabilni
164Dy 28,260% stabilni
reference • Vikipodaci

Ovaj element prvi je otkrio Pol Emil Lekok de Buabodran 1886, ali u svom čistom elementarnom obliku nije dobijen sve do razvoja jonsko-izmenjivačkih tehnika 1950-ih. Disprozijum se koristi u relativnom malo aplikacija, uglavnom tamo gde se ne može zameniti nekim drugim hemijskim elementima. Najčešće se upotrebljava zbog svog vrlo velikog poprečnog preseka apsorpcije termalnih neutrona, što ga čini pogodnim za kontrolne šipke u nuklearnim reaktorima, kao i zbog velike magnetske susceptibilnosti. Takođe se koristi i u uređajima za pohranjivanje podataka, te kao sastojak terfenola-D. Rastvorljive soli disprozijuma su slabo otrovne, dok se njegove nerastvorljive soli ne smatraju otrovnim.

Istorija uredi

Godine 1878. u rudama erbijuma pronađeni su oksidi elemenata holmijuma i tulijuma. Francuski hemičar Pol Emil Lekok de Buabodran, dok je 1886. u Parizu radio sa holmijum oksidom, iz uzorka je izdvojio disprozijum-oksid.[5] Njegova procedura za izdvajanje disprozijuma uključivala je rastvaranje disprozijum-oksida u kiselinama, zatim dodavanje amonijaka kako bi se istaložio hidroksid. Tek nakon više od 30 pokušaja uspeo je da izoluje element disprozijum iz njegovog oksida. Novom elementu dao je ime dysprosium od grčkog disprositos (δυσπρόσιτος), što približno znači „(onaj) koji se teško dobije”. Ipak, element u relativno čistom obliku nije dobijen sve do razvoja jonsko-izmjenjivačkih tehnika koje je razvio Frank Speding sa saradnicima na Državnom univerzitetu Ajove početkom 1950-ih.[6]

Osobine uredi

Fizičke uredi

 
Izuzetno čisti dendriti disprozijuma, veličine 2x2 cm

Disprozijum je retki zemni element, sa metalnim, svetlo srebrenim sjajem. Dosta je mek, tako da se može rezati nožem, te mašinski obrađivati bez iskrenja, čak i kada nema hlađenja pri obradi. Fizičke osobine disprozijuma značajno se menjaju, ako su u njemu prisutne čak i najmanje količine nečistoća drugih elemenata i supstanci.[7]

Disprozijum i holmijum imaju najveći magnetsku propustljivost (snagu) od svih elemenata,[6] a naročito pri vrlo niskim temperaturama.[8] Disprozijum ima vrlo jednostavno feromagnetno uređenje na temperaturama ispod 85 K (−188,2 °C). Na temperaturama iznad toga, prelazi u spiralno antiferomagnetno stanje u kojem su svi atomski momenti u određenom sloju bazne ravni paralelni, orijentisani pod nepromenjivim uglom prema momentima susednih slojeva. Ovako neobičan antiferomagnetizam se transformiše u neuređeno (paramagnetno) stanje pri temperaturi od 179 K (−94 °C).[9]

Hemijske uredi

Metalni disprozijum polko potamni u prisustvu vazduha i lako sagoreva dajući disprozijum(III) oksid:

4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3

Ovaj element je dosta elektropozitivan i sporo reaguje s hladnom vodom (a mnogo brže s vrelom) gradeći disprozijum hidroksid:

2 Dy (č) + 6 H2O (t) → 2 Dy(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Disprozijum burno reaguje sa svim halogenim elementima na temperaturi iznad 200 °C:

2 Dy (č) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (č) [zelen]
2 Dy (č) + 3 Cl2 (g) → 2 DyCl3 (č) [beo]
2 Dy (č) + 3 Br2 (g) → 2 DyBr3 (č) [beo]
2 Dy (č) + 3 I2 (g) → 2 DyI3 (č) [zelen]

Takođe se lako rastvara u razređenoj sumpornoj kiselini gradeći rastvore koji sadrže žute Dy(III) jone u obliku kompleksa [Dy(OH2)9]3+:[10]

2 Dy (č) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Dy3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)

Nastalo jedinjenje, disprozijum(III)-sulfat, je izrazito paramagnetičan.

Izotopi uredi

Disprozijum u prirodi sastavljen je iz sedam izotopa: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy i 164Dy. Za sve ove izotope smatra se da su stabilni, mada se izotop 156Dy raspada alfa raspadom s vremenom poluraspada od preko 1×1018 godina. Od prirodnih izotopa, najzastupljeniji je 164Dy sa udelom od 28%, a sledi izotop 162Dy sa 26%. Najmanje je zastupljen izotop 156Dy sa 0,06% udela.[11]

Pored stabilnih, poznato je još i 29 radioaktivnih veštačkih izotopa, čije atomske mase se kreću u rasponu od 138 do 173. Najstabilniji radioaktivni izotop disprozijuma je 154Dy sa vremenom poluraspada od približno 3×106 godina. Sledi 159Dy, čije vreme poluraspada iznosi 144,4 dana. Najmanje stabilan izotop je 138Dy, koji ima vreme poluraspada od 200 ms. Kao generalno pravilo, izotopi lakši od stabilnih pretežno se raspadaju beta raspadom (β+), dok oni teži od stabilnih uglavnom se raspadaju β− raspadom. Ipak, izotop 154Dy se raspada uglavnom alfa raspadom, dok se izotopi 152Dy i 159Dy pretežno raspadaju elektronskim zahvatom.[11] Disprozijum takođe ima najmanje 11 metastabilnih izomera, čije atomske mase se kreću od 140 do 165. Najstabilniji metastabilni izomer je 165mDy, čije vreme poluraspada iznosi 1,257 minutu. Izotop 149Dy ima dva metastabilna izomera, od kojih drugi, 149m2Dy, ima vreme poluraspada od 28 nanosekundi.[11]

Rasprostranjenost uredi

Iako se disprozijum nigdje ne može naći u obliku samorodnog elementa, nađen je u sastavu brojnih minerala, kao što su ksenotim, fergusonit, gadolinit, euksenit, polikras, blomstrandin, monacit i bastnesit; često zajedno s erbijumom, holmijumom i drugim retkim zemnim elementima. U današnje vreme, većina disprozijuma dobija se iz jonsko-apsorbujućih glinenih ruda iz južne Kine,[12] a u budućnosti se očekuje da bi se mogao dobijati iz rudnih izvora u području Hols Krika u zapadnoj Australiji.[13] U takvim rudnim izvorima koji sadrže velike količine itrijuma, disprozijum je jedan od najviše zastupljenih teških lantanoida, sa sadržajem od 7% do 8% koncentrata (poređenja rad, takav koncentrat sadrži oko 65% itrijuma).[14][15] Koncentracija Dy u Zemljinoj kori iznosi oko 5,2 mg/kg a u morskoj vodi oko 0,9 ng/L.[16]

Dobijanje uredi

Osnovni način dobijanja disprozijuma je iz monacitnog peska, mešavine raznih fosfata. Metal se dobija kao nusproizvod pri industrijskoj proizvodnji i izdvajanju itrijuma. Da bi se iz rude izdvojio čisti disprozijum, većina nepoželjnih metala se može ukloniti delovanjem magneta[17] ili procesom flotacije. Tek nakon toga disprozijum se može odvojiti od drugih retkih zemnih metala u nekom od procesa jonsko-izmenjivačke tehnike. Dobijeni joni disprozijuma zatim reaguju bilo sa fluorom ili hlorom da bi se dobio disprozijum fluorid, DyF3 ili disprozijum hlorid, DyCl3. Ova jedinjenja se mogu reducirati sa metalnim kalcijumom ili litijumom, kako je prikazano u sledećim reakcijama:[18]

3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl

Sastojci se stavljaju u tigl sačinjen od tantala te se pale u atmosferi helijuma. Kako reakcija napreduje, dobijena halidna jedinjenja i istopljeni disprozijum se odvajaju jedni od drugih, jer imaju različite gustine. Zatim se smeša hladi, a disprozijum se može odseći i odvojiti od nečistoća.[18] Svake godine u svetu se proizvede oko 100 tona disprozijuma,[19] a 99% od toga se proizvede u Kini.[20] Cene ovog metala se povećala za 20 puta, od 7 američkih dolara za funtu (0,45359237 kg) 2003. godine na 130 US$ za funtu krajem 2010. godine.[20] Na svetskom tržištu cena je kretala oko 1.400 US$ po kg u 2011. ali je pala na 240 US$ u 2015, uglavnom zbog bespravne proizvodnje u Kini gde su proizvođači „zaobilazili” zakonske regulative i ograničenja kineske vlade.[21] Prema izveštajima američkog ministarstva energije, zbog velikog broja trenutnih i očekivanih aplikacija za čiji uspeh je neophodan, između ostalog, i disprozijum, uz istovremeni nedostatak nekog pogodnog materijala koji bi ga zamenio u kratkom vremenskom intervalu, navodi se da bi disprozijum mogao biti jedan od najkritičnijih elemenata za nepojavljivanje tehnologija za dobijanje čiste energije. Prema izveštajima iz 2011, najoptimističnija predviđanja bila su da će već za naredne četiri godine doći do nedostatka disprozijuma na svetskom tržištu. Ipak, već krajem 2015. u pogonu je bila ekstrakcijska industrija retkih zemalja (uključujući i disprozijuma) u zapadnoj Australiji.[22]

Reference uredi

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  5. ^ de Boisbaudran, Paul Émile Lecoq (1886). „L'holmine (ou terre X de M Soret) contient au moins deux radicaux métallique”. Comptes Rendus (na jeziku: francuski). 143: 1003—1006. 
  6. ^ a b Emsley John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. str. 129—132. ISBN 0-19-850341-5. 
  7. ^ Lide, David R., ur. (2007). „Dysprosium”. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4 (88. izd.). New York: CRC Press. str. 11. ISBN 978-0-8493-0488-0. 
  8. ^ Krebs, Robert E. (1998). „Dysprosium”. The History and Use of our Earth's Chemical Elements. Greenwood Press. str. 234–235. ISBN 0-313-30123-9. 
  9. ^ Jackson, Mike (2000). „Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths” (PDF). IRM Quarterly. Institute for Rock Magnetism. 10 (3): 6. Arhivirano iz originala (PDF) 12. 7. 2017. g. Pristupljeno 23. 7. 2017. 
  10. ^ „Chemical reactions of Dysprosium”. Webelements. Pristupljeno 16. 8. 2012. 
  11. ^ a b v Audi, G.; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A. H. (2003). „Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  12. ^ Bradsher Keith (25. 12. 2009). „Earth-Friendly Elements, Mined Destructively”. The New York Times. 
  13. ^ Brann Matt (27. 11. 2011). „Halls Creek turning into a hub for rare earths”. 
  14. ^ A. V. Naumov (2008). „Review of the World Market of Rare-Earth Metals”. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 49 (1): 14—22. doi:10.1007/s11981-008-1004-6. 
  15. ^ C. K. Gupta; Krishnamurthy N. (2005). Extractive Metallurgy of Rare Earths. CRC Press. ISBN 978-0-415-33340-5. 
  16. ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. str. 289—290. ISBN 0-07-049439-8. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  17. ^ Sofía Riaño; Koen Binnemans (2015). „Extraction and separation of neodymium and dysprosium from used NdFeB magnets: an application of ionic liquids in solvent extraction towards the recycling of magnets”. Green Chem. (17): 2931—2942. doi:10.1039/C5GC00230C. Arhivirano iz originala 22. 01. 2021. g. Pristupljeno 25. 7. 2017. 
  18. ^ a b Heiserman, David L. (1992). Exploring Chemical Elements and their Compounds. TAB Books. str. 236–238. ISBN 0-8306-3018-X. 
  19. ^ „Dysprosium (Dy) - Chemical properties, Health and Environmental effects”. Lenntech Water treatment & air purification Holding B.V. 2008. Pristupljeno 2. 6. 2009. 
  20. ^ a b Bradsher, Keith (29. 12. 2010). „In China, Illegal Rare Earth Mines Face Crackdown”. The New York Times. 
  21. ^ Rijetke zemlje (arhiva). United States Geological Survey. januar 2016.
  22. ^ Jasper, Clint (22. 9. 2015). „Staring down a multitude of challenges, these Australian rare earth miners are confident they can break into the market”. abc.net.au. 

Spoljašnje veze uredi

 
Disprozijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Диспрозијум&oldid=25909460”