Ербијум
Ербијум (Er, лат. erbium) је хемијски елемент из групе лантаноида са атомским бројем 68.[3][4] Он је један од четири хемијска елемента који су добили име по шведском селу Итерби. Ербијум је заступљен у земљиној кори у количини од 3,8 ppm. Најважнији његови минерали су монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Er)PO4 и (Ce,La,Nd,Y,Pr,Er)CO3F. Изгледа је сребрнасто-белог, чврсти метал, који је вештачки изолован, а природни ербијум може се пронаћи само у хемијским једињењима са другим елементима на Земљи. Као такав, он спада у ретке земне елементе који су повезани са другим ретким елементима у минералу гадолиниту из шведског насеља Итербија. Осим њега, још три хемијска елемента добила су име по овом насељу.
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Општа својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Име, симбол | ербијум, Er | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Изглед | сребрнасто бео | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| У периодноме систему | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомски број (Z) | 68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Група, периода | група Н/Д, периода 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Блок | f-блок | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Категорија | лантаноид | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рел. ат. маса (Ar) | 167,259(3)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ел. конфигурација | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 30, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Физичка својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тачка топљења | 1802 K (1529 °C, 2784 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тачка кључања | 3141 K (2868 °C, 5194 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Густина при с.т. | 9,066 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| течно ст., на т.т. | 8,86 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топлота фузије | 19,90 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топлота испаравања | 280 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мол. топл. капацитет | 28,12 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Напон паре
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомска својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електронегативност | 1,24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Енергије јонизације | 1: 589,3 kJ/mol 2: 1150 kJ/mol 3: 2194 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомски радијус | 176 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ковалентни радијус | 189±6 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Остало | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кристална структура | збијена хексагонална (HCP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Брзина звука танак штап | 2830 m/s (на 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топл. ширење | поли: 12,2 µm/(m·K) (на с.т.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Топл. водљивост | 14,5 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Електроотпорност | поли: 0,860 µΩ·m (на с.т.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнетни распоред | парамагнетичан на 300 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнетна сусцептибилност (χmol) | +44.300,00·10−6 cm3/mol[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Јангов модул | 69,9 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модул смицања | 28,3 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модул стишљивости | 44,4 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поасонов коефицијент | 0,237 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Викерсова тврдоћа | 430–700 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Бринелова тврдоћа | 600–1070 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS број | 7440-52-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Историја | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Именовање | по Итербију (Шведска), где је пронађен | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Откриће | Карл Густаф Мосандер (1843) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Главни изотопи | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Основна употреба ербија укључује његове ружичасто обојене Er3+ јоне, који имају оптичке флуоресцентне особине делимично корисне у одређеним ласерским апликацијама. Стакло допирано ербијумом или кристалима може се користити као оптички медијум за амплификовање, где се јони ербијума (III) оптички упумпавају при око 980 nm или 1480 nm те емитују светлост на 1530 nm у стимулираној емисији. Овај процес резултира необично једноставним механичким ласерским оптичким појачивачем за сигнале који се преносе оптичким влакнима. Таласна дужина од 1550 nm посебно је важна за оптичке комуникације, јер стандардно појединачно оптичко влакно има минимални губитак на овој одређеној таласној дужини. Осим у ласерима с оптичким влакнима, велики број медицинских апликација (као што су дерматолошке и стоматолошке) користе емисију јона ербијума на 2940 nm (Er:YAG ласер), који се јако добро апсорбира у води садржаној у ткивима, што овом ласеру даје врло површне ефекте. Такво плитко деловање ласерске енергије на ткиво врло је корисно у ласерској хирургији.
Историја
уредиЕрбијум (од назива шведског села Итерби) је открио Карл Густаф Мосандер 1843. године.[5] Мосандер је издвојио итрију из минерала гадолинита у три фракције које је он назвао итрија, ербија и тербија. Нови елемент је назвао по селу Итербију гдје су се налазиле велике концентрације итрије и ербије. Ербија и тербија су се често забуном погрешно идентификовале између себе. Након 1860. године, тербија је преименована у ербија, а након 1877. године оно што је раније било познато као ербија добило је име тербија. Прилично чисти Er2O3 су независно један од другог изоловали Жорж Урбен и Чарлс Џејмс 1905. године. Доста чешћи метал није произведен све до 1934. године када су Клем и Бомер редуковали анхидрисани хлорид са парама калијума. Тек у 1990-им цена ербијум-оксида кинеске производње је опала у довољној мери да се ербијум почне разматрати као боја за уметничко стакло.[6]
Особине
уредиФизичке
уредиchloride_sunlight.jpg)
Валенција ербијума је 3, чисти метални ербијум је кован, мекан метал, стабилан у присуству ваздуха и лако се обликује. Не оксидује брзо попут неких других ретких земних метала. Његове соли су ружичасте, а елемент има карактеристичне оштре врпце апсорпцијског спектра у видљивој, ултраљубичастој и близу инфрацрвене светлости. По осталим особинама углавном је попут осталих ретких земних метала.
Његов сесквиоксид назива се ербија. Особине ербијума су у извесном степену одређене врстом и количином нечистоћа које се у њему налазе. Није познато да ли ербијум има неку биолошку улогу, али се сматра да у одређеној мери стимулише метаболизам.[7] На температури испод 19 K испољава феромагнетске особине, на температурама између 19 и 80 K је антиферомагнетичан, док је изнад 80 K парамагнетичан.[8]
Ербијум може формирати атомски кластер Er3N у облику пропелера, где је удаљеност између атома ербијума 0,35 nm. Такви кластери могу се изоловати тако што се окруже молекулом фулерена, што је и потврђено посматрањима електронским трансмисијским микроскопом.[9]
Хемијске
уредиМетални ербијум полако тамни у присуству ваздуха и лако гори дајући ербијум(III) оксид:
- 4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3
Ербијум је јако електропозитиван и полако реагује са хладном водом а релативно брзо са врућом водом, те даје ербијум хидроксид:
- 2 Er (s) + 6 H2O (l) → 2 Er(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
Метални ербијум реагује са свим халогеним елементима:
- 2 Er (s) + 3 F2 (g) → 2 ErF3 (s) [ружичаст]
- 2 Er (s) + 3 Cl2 (g) → 2 ErCl3 (s) [љубичаст]
- 2 Er (s) + 3 Br2 (g) → 2 ErBr3 (s) [љубичаст]
- 2 Er (s) + 3 I2 (g) → 2 ErI3 (s) [љубичаст]
Ербијум се лако раствара у разблаженој сумпорној киселини и формира растворе који садрже хидратизоване јоне Er(III), који постоје као ружичасто-црвени [Er(OH2)9]3+ хидратисани комплекси:[10]
- 2 Er (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Er3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)
Изотопи
уредиЕрбијум који се налази у природи састоји се из 6 стабилних изотопа: 162Er, 164Er, 166Er, 167Er, 168Er и 170Er од који је изотоп 166Er има највећи удео (око 33,503%). До данас је познато 29 радиоизотопа, од којих је најстабилнији изотоп 169Er са временом полураспада од 9,4 дана, те изотоп 172Er са полувременом распада од 49,3 сати. Осим ових, нешто стабилнији су и изотопи 160Er са полувременом распада од 28,58 сати, 165Er са полувременом распада од 10,36 сати и 171Er са полувременом распада од 7,516 сати. Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од 3,5 сата, а већина ових изотопа чак и краћа од 4 минуте. Овај хемијски елемент има и 13 нуклеарних изомера, од којих је најстабилнији 167mEr са временом полураспада од 2,269 секунди.[11]
Изотопи ербијума имају атомску масу између 142,9663 u (143Er) и 176,9541 u (177Er). Примарни начин распада код изотопа са мањом атомском масом од изотопа 166Er је електронски захват, а најзаступљенији начин распада код тежих изотопа је бета распад. Примарни производ распада пре изотопа 166Er су изотопи елемента 67 (холмијум), а примарни производи изотопа након 166Er су изотопи елемента 69 (тулијум).[11]
Распрострањеност
уреди
Концентрација ербијума у Земљиној кори се процењује на око 2,8 mg/kg, а у морској води на око 0,9 ng/l.[12] Са оволиком концентрацијом, ербијум се налази на приближно 45. месту најраспрострањенијих елемената у Земљиној кори. Као и други ретки земни метали, овај елемент се никад не може наћи у слободном елементарном стању, већ углавном у рудама монацитног песка. У прошлости је било врло тешко и скупо одвајати ретке земне метале један од другог из њихових руда, али након што је развијена техника производње на бази јонске размене[13] крајем 20. века, значајно је снизило трошкове производње свих ретких земних метала и њихових хемијских једињења.
Основни комерцијални извори ербијума су из минерала ксенотима и еуксенита, те однедавно путем јонске адсорпције глине из јужне Кине; што је довело Кину на позицију највећег и основног глобалног добављача овог елемента. У верзијама ових рудних концентрата са високим уделом итријума, на итријум отпада око две трећине укупне тежине, док на ербијум око 4 до 5%. Када је концентрат растворен у киселини, руда ербијума ослобађа довољно јона елементарног ербијума да се раствор обоји у карактеристичну ружичасту боју. Ова боја се понаша слично као што су Мосандер и други рани истраживачи лантаноида приметили у својим екстрактима минерала гадолинита из Итербија.
Најважнији минерали ербијума су:
- монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Er)PO4 и
- бастанезит (Ce,La,Nd,Y,Pr,Er)CO3F
Токсичност
уредиЕрбијум је мало токсичан ако се прогута, али једињења ербијума нису токсична.[7] Метални ербијум у облику прашине представља опасност од пожара и експлозије.[14][15][16]
Референце
уреди- ^ 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
уреди- Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka (Oxford University Press; 1998), ISBN 0-19-508083-1.
