Диспрозій
Диспрозій — хімічний елемент з атомним номером 66, лантаноїд.
Хімічний елемент, символ Dy, атомний номер 66, атомна маса 162,5, електронна конфігурація [Xe]4f106s2; період 6, f-блок (лантаноїд). Найхарактернішим є ступінь окиснення +3, зустрічається також +4 (Cs3DyF7).
Проста речовина — диспрозій. Метал, температура плавлення 1409 °С, температура кипіння 2562 °С, густина 8,5 г/см³.
У 1886 французькому хіміку Лекок де Буабодрану
вдалося ізолювати оксид диспрозію із зразка оксиду гольмію. Однак в той час його прийняли за складну речовину. Тільки з використанням спектроскопії виявилось що це новий елемент.
У 1906 році Ж. Урбан отримав металевий диспрозій.
Назва походить від грец. δυσπροσιτος — важкодоступний.
Елементарний Диспрозій отримують відновленням DyCl3 або DyF3 кальцієм, натрієм або літієм. Після дистиляції у високому вакуумі отримують високочистий Dy.
Модуль всебічного стиску: адіабатичний — 41,1 ГПа, ізотермічний — 39 ГПа[1].
Коефіцієнт теплового розширення (монокристала вздовж головної осі) — 16,6×10−6, у перпендикулярному напрямку — 6,0×10−6, у полікристала — 8,6×10−6. Модуль Юнга — 63,08 ГПа. Границя міцності — 0,263 ГПа (при відносному видовженні — 6 %). Модуль зсуву — 25 ГПа[2]. Твердість за Віккерсом — 42 HV[1].
Питомий опір монокристала вздовж головної осі — 77,4×10−8 Ом·м, у перпендикулярному напрямку — 100,3×10−8 Ом·м[1], у полікристала — 91×10−8 Ом·м[2]. Температурний коефіцієнт електричного опору — 1,19×10−3 К−1[1].
За кімнатної температури — парамагнетик. При охолоджені до 178,5 К (точка Нееля) перетворюється на гелікоїдний антиферомагнетик, а при подальшому охолоджені до 86 К (точка Кюрі) — у колінеарний феромагнетик[1].
Магнітна сприйнятливість — 1,28 у одиницях СІ[1].
Швидкість звуку — 2710 м/с[2]. Переріз поглинання теплових нейтронів — 1050 барн[1].
Існує дві алотропні модифікації диспрозію.
α-диспрозій, має гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a=3,591 Å, c=5,649 Å.
β-диспрозій існує у вузькому температурному проміжку від 1661 К до 1681 К (температура плавлення). Він має об'ємноцентровану кубічну ґратку з параметром a=3,98 Å.
Диспрозій повільно, а при температурі вище 150 °C активно реагує з киснем повітря з утворенням диспрозій (ІІІ) оксиду:
- 4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3
Повільно реагує з водою, однак реакція пришвидшується при нагріванні з утворенням гідроксиду:
- 2 Dy + 6 H2O → 2 Dy(OH)3 + 3 H2
Диспрозій реагує з галогенами:
- 2 Dy + 3 F2 → 2 DyF3 [сіль зеленого кольору ]
- 2 Dy + 3 Cl2 → 2 DyCl3 [сіль білого кольору]
- 2 Dy + 3 Br2 → 2 DyBr3 [сіль білого кольору ]
- 2 Dy + 3 I2 → 2 DyI3 [сіль зеленого кольору ]
Sm реагує з розбавленими кислотами з утворенням Dy(III) іону який забарвлює розчин у жовтий колір (існує як [Dy(OH2)9]3+ аквакомплекс)
- 2 Dy + 3 H2SO4 → 2 Dy3+ + 3 SO2−
4 + 3 H2↑
Природній диспрозій складається з семи різних ізотопів. Всі вони стабільні.
| Масове число | Частка у природному диспрозії | Період напіврозпаду |
|---|---|---|
| 156 | 0,056 % | ∞ |
| 158 | 0,095 % | ∞ |
| 160 | 2,329 % | ∞ |
| 161 | 18,889 % | ∞ |
| 162 | 25,475 % | ∞ |
| 163 | 24,896 % | ∞ |
| 164 | 28,260 % | ∞ |
Загалом відомо 38 ізотопів диспрозію з масовими числами від 139 до 169, 7 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, найбільші періоди напіврозпаду мають Dy154 (3 мільйони років) і Dy159 (144 дня)[3].
Майже 90 % усього видобуваного в світі диспрозію йде на виготовлення постійних магнітів. Неодимові магніти — надзвичайно сильні, легкі і компактні, знаходять широке застосування у багатьох галузях. Проте такі магніти швидко втрачають свою потужність при підвищенні температури (приблизно на 0,11 % за градус), і вже при 80 °C повністю розмагнічуються[4]. Додавання 3–6 % диспрозію в такі магніти значно покращує їх стійкість до високих температур[5]. Такі магніти широко використовуються для виробництва електромобілів, вітряних турбін, потягів на магнітній підвісці тощо.
Іншим важливим застосунком диспрозію є матеріал Terfenol-D[en], що має найсильніші магнітострикційні властивості. Він знаходить застосунок у вимірювальних перетворювачах, механічних резонаторах, високоточних інжекторах[5].
Металокерамічні композити з нікелю і оксиду диспрозію добре поглинають теплові нейтрони і використовуються у ядерній енергетиці[5].
Оксид диспрозію використовується як допант при виготовленні спеціалізованих електричних компонентів[5].
Йодид диспрозію використовується у металгалогенових лампах білого світла[5].
Диспрозій використовувався для покриття деяких CD-дисків[6].
Фосфід диспрозію — напівпровідник, що використовується у лазерних діодах[6].
- ↑ а б в г д е ж и Poole, 2004, с. 352.
- ↑ а б в Technical data for Dysprosium [Архівовано 12 серпня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Isotopes of the Element Dysprosium [Архівовано 6 серпня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ How Does Temperature Affect Neodymium Magnets [Архівовано 25 вересня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ а б в г д Applications of the Metal Dysprosium [Архівовано 4 липня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ а б What is Dysprosium? [Архівовано 5 серпня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- 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
- Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.
- Диспрозій // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
- https://www.webelements.com/dysprosium/chemistry.html [Архівовано 16 січня 2021 у Wayback Machine.]