Erbijum
Erbijum (Er, lat. erbium) je hemijski element iz grupe lantanoida sa atomskim brojem 68.[3][4] On je jedan od četiri hemijska elementa koji su dobili ime po švedskom selu Iterbi. Erbijum je zastupljen u zemljinoj kori u količini od 3,8 ppm. Najvažniji njegovi minerali su monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Er)PO4 i (Ce,La,Nd,Y,Pr,Er)CO3F. Izgleda je srebrnasto-belog, čvrsti metal, koji je veštački izolovan, a prirodni erbijum može se pronaći samo u hemijskim jedinjenjima sa drugim elementima na Zemlji. Kao takav, on spada u retke zemne elemente koji su povezani sa drugim retkim elementima u mineralu gadolinitu iz švedskog naselja Iterbija. Osim njega, još tri hemijska elementa dobila su ime po ovom naselju.
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Opšta svojstva | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ime, simbol | erbijum, Er | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Izgled | srebrnasto beo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U periodnom sistemu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomski broj (Z) | 68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupa, perioda | grupa N/D, perioda 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Blok | f-blok | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kategorija | lantanoid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rel. at. masa (Ar) | 167,259(3)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| El. konfiguracija | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
po ljuskama | 2, 8, 18, 30, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fizička svojstva | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka topljenja | 1802 K (1529 °C, 2784 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka ključanja | 3141 K (2868 °C, 5194 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gustina pri s.t. | 9,066 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| tečno st., na t.t. | 8,86 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota fuzije | 19,90 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota isparavanja | 280 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mol. topl. kapacitet | 28,12 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Napon pare
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomska svojstva | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativnost | 1,24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energije jonizacije | 1: 589,3 kJ/mol 2: 1150 kJ/mol 3: 2194 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomski radijus | 176 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalentni radijus | 189±6 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ostalo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristalna struktura | zbijena heksagonalna (HCP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brzina zvuka tanak štap | 2830 m/s (na 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Topl. širenje | poli: 12,2 µm/(m·K) (na s.t.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Topl. vodljivost | 14,5 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Električna otpornost | poli: 0,860 µΩ·m (na s.t.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetni raspored | paramagnetičan na 300 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetna susceptibilnost (χmol) | +44.300,00·10−6 cm3/mol[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jangov modul | 69,9 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul smicanja | 28,3 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul stišljivosti | 44,4 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Poasonov koeficijent | 0,237 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vikersova tvrdoća | 430–700 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinelova tvrdoća | 600–1070 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS broj | 7440-52-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Istorija | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Imenovanje | po Iterbiju (Švedska), gde je pronađen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Otkriće | Karl Gustaf Mosander (1843) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Glavni izotopi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Osnovna upotreba erbija uključuje njegove ružičasto obojene Er3+ jone, koji imaju optičke fluorescentne osobine delimično korisne u određenim laserskim aplikacijama. Staklo dopirano erbijumom ili kristalima može se koristiti kao optički medijum za amplifikovanje, gde se joni erbijuma (III) optički upumpavaju pri oko 980 nm ili 1480 nm te emituju svetlost na 1530 nm u stimuliranoj emisiji. Ovaj proces rezultira neobično jednostavnim mehaničkim laserskim optičkim pojačivačem za signale koji se prenose optičkim vlaknima. Talasna dužina od 1550 nm posebno je važna za optičke komunikacije, jer standardno pojedinačno optičko vlakno ima minimalni gubitak na ovoj određenoj talasnoj dužini. Osim u laserima s optičkim vlaknima, veliki broj medicinskih aplikacija (kao što su dermatološke i stomatološke) koriste emisiju jona erbijuma na 2940 nm (Er:YAG laser), koji se jako dobro apsorbira u vodi sadržanoj u tkivima, što ovom laseru daje vrlo površne efekte. Takvo plitko delovanje laserske energije na tkivo vrlo je korisno u laserskoj hirurgiji.
Istorija uredi
Erbijum (od naziva švedskog sela Iterbi) je otkrio Karl Gustaf Mosander 1843. godine.[5] Mosander je izdvojio itriju iz minerala gadolinita u tri frakcije koje je on nazvao itrija, erbija i terbija. Novi element je nazvao po selu Iterbiju gdje su se nalazile velike koncentracije itrije i erbije. Erbija i terbija su se često zabunom pogrešno identifikovale između sebe. Nakon 1860. godine, terbija je preimenovana u erbija, a nakon 1877. godine ono što je ranije bilo poznato kao erbija dobilo je ime terbija. Prilično čisti Er2O3 su nezavisno jedan od drugog izolovali Žorž Urben i Čarls Džejms 1905. godine. Dosta češći metal nije proizveden sve do 1934. godine kada su Klem i Bomer redukovali anhidrisani hlorid sa parama kalijuma. Tek u 1990-im cena erbijum-oksida kineske proizvodnje je opala u dovoljnoj meri da se erbijum počne razmatrati kao boja za umetničko staklo.[6]
Osobine uredi
Fizičke uredi
chloride_sunlight.jpg)
Valencija erbijuma je 3, čisti metalni erbijum je kovan, mekan metal, stabilan u prisustvu vazduha i lako se oblikuje. Ne oksiduje brzo poput nekih drugih retkih zemnih metala. Njegove soli su ružičaste, a element ima karakteristične oštre vrpce apsorpcijskog spektra u vidljivoj, ultraljubičastoj i blizu infracrvene svetlosti. Po ostalim osobinama uglavnom je poput ostalih retkih zemnih metala.
Njegov seskvioksid naziva se erbija. Osobine erbijuma su u izvesnom stepenu određene vrstom i količinom nečistoća koje se u njemu nalaze. Nije poznato da li erbijum ima neku biološku ulogu, ali se smatra da u određenoj meri stimuliše metabolizam.[7] Na temperaturi ispod 19 K ispoljava feromagnetske osobine, na temperaturama između 19 i 80 K je antiferomagnetičan, dok je iznad 80 K paramagnetičan.[8]
Erbijum može formirati atomski klaster Er3N u obliku propelera, gde je udaljenost između atoma erbijuma 0,35 nm. Takvi klasteri mogu se izolovati tako što se okruže molekulom fulerena, što je i potvrđeno posmatranjima elektronskim transmisijskim mikroskopom.[9]
Hemijske uredi
Metalni erbijum polako tamni u prisustvu vazduha i lako gori dajući erbijum(III) oksid:
- 4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3
Erbijum je jako elektropozitivan i polako reaguje sa hladnom vodom a relativno brzo sa vrućom vodom, te daje erbijum hidroksid:
- 2 Er (s) + 6 H2O (l) → 2 Er(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
Metalni erbijum reaguje sa svim halogenim elementima:
- 2 Er (s) + 3 F2 (g) → 2 ErF3 (s) [ružičast]
- 2 Er (s) + 3 Cl2 (g) → 2 ErCl3 (s) [ljubičast]
- 2 Er (s) + 3 Br2 (g) → 2 ErBr3 (s) [ljubičast]
- 2 Er (s) + 3 I2 (g) → 2 ErI3 (s) [ljubičast]
Erbijum se lako rastvara u razblaženoj sumpornoj kiselini i formira rastvore koji sadrže hidratizovane jone Er(III), koji postoje kao ružičasto-crveni [Er(OH2)9]3+ hidratisani kompleksi:[10]
- 2 Er (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Er3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)
Izotopi uredi
Erbijum koji se nalazi u prirodi sastoji se iz 6 stabilnih izotopa: 162Er, 164Er, 166Er, 167Er, 168Er i 170Er od koji je izotop 166Er ima najveći udeo (oko 33,503%). Do danas je poznato 29 radioizotopa, od kojih je najstabilniji izotop 169Er sa vremenom poluraspada od 9,4 dana, te izotop 172Er sa poluvremenom raspada od 49,3 sati. Osim ovih, nešto stabilniji su i izotopi 160Er sa poluvremenom raspada od 28,58 sati, 165Er sa poluvremenom raspada od 10,36 sati i 171Er sa poluvremenom raspada od 7,516 sati. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 3,5 sata, a većina ovih izotopa čak i kraća od 4 minute. Ovaj hemijski element ima i 13 nuklearnih izomera, od kojih je najstabilniji 167mEr sa vremenom poluraspada od 2,269 sekundi.[11]
Izotopi erbijuma imaju atomsku masu između 142,9663 u (143Er) i 176,9541 u (177Er). Primarni način raspada kod izotopa sa manjom atomskom masom od izotopa 166Er je elektronski zahvat, a najzastupljeniji način raspada kod težih izotopa je beta raspad. Primarni proizvod raspada pre izotopa 166Er su izotopi elementa 67 (holmijum), a primarni proizvodi izotopa nakon 166Er su izotopi elementa 69 (tulijum).[11]
Rasprostranjenost uredi
Koncentracija erbijuma u Zemljinoj kori se procenjuje na oko 2,8 mg/kg, a u morskoj vodi na oko 0,9 ng/l.[12] Sa ovolikom koncentracijom, erbijum se nalazi na približno 45. mestu najrasprostranjenijih elemenata u Zemljinoj kori. Kao i drugi retki zemni metali, ovaj element se nikad ne može naći u slobodnom elementarnom stanju, već uglavnom u rudama monacitnog peska. U prošlosti je bilo vrlo teško i skupo odvajati retke zemne metale jedan od drugog iz njihovih ruda, ali nakon što je razvijena tehnika proizvodnje na bazi jonske razmene[13] krajem 20. veka, značajno je snizilo troškove proizvodnje svih retkih zemnih metala i njihovih hemijskih jedinjenja.
Osnovni komercijalni izvori erbijuma su iz minerala ksenotima i euksenita, te odnedavno putem jonske adsorpcije gline iz južne Kine; što je dovelo Kinu na poziciju najvećeg i osnovnog globalnog dobavljača ovog elementa. U verzijama ovih rudnih koncentrata sa visokim udelom itrijuma, na itrijum otpada oko dve trećine ukupne težine, dok na erbijum oko 4 do 5%. Kada je koncentrat rastvoren u kiselini, ruda erbijuma oslobađa dovoljno jona elementarnog erbijuma da se rastvor oboji u karakterističnu ružičastu boju. Ova boja se ponaša slično kao što su Mosander i drugi rani istraživači lantanoida primetili u svojim ekstraktima minerala gadolinita iz Iterbija.
Najvažniji minerali erbijuma su:
- monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Er)PO4 i
- bastanezit (Ce,La,Nd,Y,Pr,Er)CO3F
Toksičnost uredi
Erbijum je malo toksičan ako se proguta, ali jedinjenja erbijuma nisu toksična.[7] Metalni erbijum u obliku prašine predstavlja opasnost od požara i eksplozije.[14][15][16]
Reference uredi
- ^ 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.
- ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ C. G. Mosander (oktobar 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, serija 3, vol. 23, br. 152, str. 241–254.
- ^ Aaron John Ihde (1984). The development of modern chemistry. Courier Dover Publications. стр. 378—379. ISBN 0-486-64235-6.
- ^ а б Emsley John (2001). „Erbium”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. стр. 136—139. ISBN 0-19-850340-7.
- ^ M. Jackson (2000). „Magnetism of Rare Earth” (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1. Архивирано из оригинала (PDF) 12. 7. 2017. г. Приступљено 25. 2. 2014.
- ^ Yuta Sato; Kazu Suenaga; Shingo Okubo; Toshiya Okazaki; Sumio Iijima (2007). „Structures of D5d-C80 and Ih-Er3N@C80 Fullerenes and Their Rotation Inside Carbon Nanotubes Demonstrated by Aberration-Corrected Electron Microscopy”. Nano Letters. 7 (12): 3704. doi:10.1021/nl0720152.
- ^ „Chemical reactions of Erbium”. Webelements. Приступљено 6. 6. 2009.
- ^ а б Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „The NUBASE 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.
- ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 293—295. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009.
- ^ F.H. Spedding; et al. (1954). „A practical separation of yttrium group rare earths from gadolinite by ion-exchange”. Chemical Engineering Progress. 50: 7—15.
- ^ Haley, T. J.; Koste, L.; Komesu, N.; Efros, M.; Upham, H. C. (1966). „Pharmacology and toxicology of dysprosium, holmium, and erbium chlorides”. Toxicology and Applied Pharmacology. 8 (1): 37—43. PMID 5921895. doi:10.1016/0041-008x(66)90098-6.
- ^ Haley, T. J. (1965). „Pharmacology and toxicology of the rare earth elements”. Journal of Pharmaceutical Sciences. 54 (5): 663—70. PMID 5321124. doi:10.1002/jps.2600540502.
- ^ Bruce, D. W.; Hietbrink, B. E.; Dubois, K. P. (1963). „The acute mammalian toxicity of rare earth nitrates and oxides”. Toxicology and Applied Pharmacology. 5 (6): 750—9. PMID 14082480. doi:10.1016/0041-008X(63)90067-X.
Литература uredi
- Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka (Oxford University Press; 1998), ISBN 0-19-508083-1.
