Эрбий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
68 ГольмийЭрбийТулий
Er

Fm
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Нихоний Флеровий Московий Ливерморий Теннессин ОганесонПериодическая система элементов
68Er
Hexagonal.svg
Electron shell 068 Erbium.svg
Внешний вид простого вещества
Erbium-crop.jpg
Мягкий ковкий серебристый металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Эрбий / Erbium (Er), 68

Атомная масса
(молярная масса)

167,259(3)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f12 6s2

Радиус атома

178 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

157 пм

Радиус иона

(+3e) 88,1 пм

Электроотрицательность

1,24 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Er←Er3+ -2,32 В

Степени окисления

3

Энергия ионизации
(первый электрон)

 581,0 (6,02) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

9,06 г/см³

Температура плавления

1 802 K

Температура кипения

3 136 K

Уд. теплота испарения

317 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

28,12[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

18,4 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=3,560 c=5,587 Å

Отношение c/a

1,570

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (14,5) Вт/(м·К)

Номер CAS

7440-52-0

68
Эрбий
167,259
4f126s2

Эрбий (химический символ — Er; лат. Erbium) — химический элемент побочной подгруппы третьей группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 68, относится к лантаноидам. Относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа).

История обнаружения[править | править вики-текст]

Впервые эрбий был выделен в 1843 году шведским химиком Карлом Густавом Мосандером, из минерала гадолинита, найденного около селения Иттербю. Мосандер обнаружил примеси в концентрате Y2O3 и выделил из него три фракции: иттриевую, розовую terbia (которая содержала современный элемент эрбий) и бесцветную erbia (содержала элемент тербий, нерастворимый оксид тербия имеет коричневый оттенок). Тербий и эрбий, впрочем, некоторое время путали. Тербий был переименован в эрбий после 1860 года, а эрбий в тербий — в 1877 году.

Марк Делафонтен в 1864 году принялся работать с гадолинитом: эрбий и его соединения были детально изучены различными методами, в том числе с применением газовой горелки. Им же были предоставлены довольно ясные доказательства открытия эрбия[3]. Пер Теодор Клеве в 1879 году, изучая эрбий, оставшийся после отделения от иттербия, пришел к выводу о неоднородности фракции и открыл в его составе ещё два элемента: тулий и гольмий.

Достаточно чистый Er2O3 был независимо выделен в 1905 году Жоржем Урбэном и Чарльзом Джеймсом. Чистый металл был получен лишь в 1934 году Клеммом и Боммером. Только в 1990-х годах китайский оксид эрбия упал в цене достаточно, чтобы использоваться как краситель для стекла.

Происхождение названия[править | править вики-текст]

Наряду ещё с тремя химическими элементами (тербий, иттербий, иттрий) получил название в честь села Иттербю, находящегося на острове Ресарё, входящем в Стокгольмский архипелаг.

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Монацитовый песок

Кларк эрбия в земной коре (по Тэйлору) — 3,3 г/т, содержание в воде океанов — 2,4·10−6[4]. Эти концентрации достаточны для того, чтобы разместить эрбий на 45-м месте по распространённости среди химических элементов в земной коре (таким образом, он более распространен, чем свинец).

Как и прочие редкоземельные элементы, эрбий не встречается в природе в свободном состоянии, но содержится в монацитовых песках. Исторически было очень сложно и затратно разделять редкоземельные элементы, но ионообменная хроматография, разработанная к концу ХХ века, существенно снизила стоимость их получения.

Основными коммерческими источниками эрбия являются минералы ксенотим и эвксенит, а также, с недавних пор, глины южного Китая; в итоге, Китай превратился в основного поставщика этого элемента. В высокоиттриевий фракции концентрата иттрий составляет около 2/3 по весу, а эрбий — около 4-5%. После растворения концентрата в кислоте эрбий окрашивает раствор в характерный розовый цвет - тот самый, который Мозандер наблюдал, исследуя минералы поселка Иттербю.

Месторождения[править | править вики-текст]

Эрбий входит в состав лантаноидов, которые встречаются очень редко. Лантаноиды встречаются в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.

Изотопы[править | править вики-текст]

Естественный эрбий состоит из 6 стабильных изотопов: Er-162, Er-164, Er-166, Er-167, Er-168, Er-170; 166Er является наиболее распространенным (33,503 % естественного эрбия). Описаны 29 радиоизотоп, наиболее стабильны из которых 169Er с периодом полураспада 9,4 суток, 172Er с периодом полураспада 49,3 часов, 160Er с периодом полураспада 28,58 часов, 165Er с периодом полураспада 10,36 часов и 171Er с периодом полураспада 7,516 часов. У остальных радиоактивных изотопов период полураспада менее 3,5 часов, причём многие из них с периодом полураспада менее 4 минут. Этот элемент имеет также 13 ядерных изомеров, наиболее стабильный из которых Er-167m с периодом полураспада 2,269 с.

Изотопы эрбия лежат в диапазоне атомных масс от 142,9663 (для Er-143) до 176,9541 (для Er-177).

Получение[править | править вики-текст]

Эрбия (III) хлорид под солнечным светом флуоресцирует розовым (как и другие соединения, содержащие Er+3, под действием естественного ультрафиолета).

Металлический эрбий получают электролизом расплава хлорида (фторида) эрбия ErCl3 (ErF3), а также кальцийтермическим восстановлением этих солей.

Применение[править | править вики-текст]

Одним из важнейших направлений использования эрбия является его применение в виде оксида (иногда бората) в атомной технике. Так, например, смесь оксида эрбия и оксида урана позволяет резко улучшить работу реакторов РБМК, улучшив в них энергораспределение, технико-экономические параметры, и что особенно актуально — безопасность работы реакторов.

Монокристаллы оксида эрбия используются в качестве высокоэффективных лазерных материалов. Непрерывные эрбиевые и тулиевые импульсные лазеры, работающие на длине волны 3 мкм, подходят для применения в лазерной хирургии: рабочая длина волны совпадает с частотой колебаний атомов OH в воде — достигается сильное поглощение луча биологическими тканями[5].

Оксид эрбия добавляют в кварцевый расплав при производстве оптических волокон, работающих на сверхдальних расстояниях (ВЛЭ — волокно, легированное эрбием). При построении сверхдлинных оптических трасс встаёт проблема промежуточной регенерации сигнала из-за его естественного затухания при распространении в кварцевой нити. В случае, если трасса проходит по «сложным» участкам (например, под водой), размещение «преобразующих» станций регенерации (то есть таких, которые преобразуют слабый оптический сигнал в электрический, усиливают его и вновь преобразовывают в излучение лазера) становится технически очень сложной задачей ввиду необходимости обеспечения таких станций электропитанием. Оптическое волокно, легированное редкоземельным элементом эрбием, обладает способностью поглощать свет одной длины волны и испускать его на другой длине волны. Внешний полупроводниковый лазер посылает в волокно инфракрасный свет с длиной волны 980 или 1480 нм, возбуждая атомы эрбия. Когда в волокно поступает оптический сигнал с длиной волны от 1530 до 1620 нм, возбужденные атомы эрбия излучают свет с той же длиной волны, что и входной сигнал. EDFA — erbium-doped fiber amplifier — усилитель, работающий по этому принципу.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 487.
  3. Handbook of the Physics and Chemistry of Rare Earths, 1988, pp. 49—50.
  4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  5. Godard Antoine Infrared (2–12 μm) solid-state laser sources: a review // Comptes Rendus Physique. — 2007. — Vol. 8. — P. 1100-1128. — ISSN 16310705. — DOI:10.1016/j.crhy.2007.09.010.

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]