Химические свойства элементов. Лантаноиды

Достался с трудом. «Труднодоступный» — перевод имени одного из элементов . Речь о диспрозии.

Из редкоземельных веществ его открыли одним из последних в 1886-ом году. Лавры достались французскому химику Лекокому де Буабодрану.

Однако, он добыл лишь соединение диспрозия , работая с гольмиевой землей. В чистом виде металл получил еще один француз – Жорж Урбэн.

Это случилось в 1906-ом году. Диспрозий стал 12-ым из открытых редкоземельных, то есть, рассеянных и малораспространенных элементом.

Всего их 15. Почему вещество досталось ученым с таким трудом, и какое применение нашло, расскажем далее.

Свойства диспрозия

Диспрозий – химический элемент , выделенный из окиси . Ее, соответственно, добыли из гольмиевой земли.

Гольмий – один из лантаноидов – тех самых редкоземельных веществ. Их открытия напоминали игру с матрешкой. Первым ученые обнаружили .

Это уже было сенсацией. Но, потом, из остатков реакции выделили еще один. В «отходах» обнаружилась еще пара. И так по .

Каждый последующий элемент давался труднее предыдущего, поскольку свойства лантаноидов схожи.

Для выделения каждого последующего приходилось придумывать новые методы, опирающиеся на особенности конкретного вещества.

Узнать эти особенности, когда и элемента-то официально еще нет, не просто. Вот и объяснение названия диспрозия.

Для начала, рассмотрим его свойства, характерные для всех лантаноидов. Их порядковые номера в таблице Менделеева от 57-го по 71-ый. Диспрозий занимает 66-ю позицию.

Кроме прометия все лантаноиды имеют стабильные изотопы. Это значит, что ядра природных атомов элементов группы не преобразуются спонтанно, как, к примеру, у радиоактивных веществ.

К последним, 66-ой элемент принадлежит лишь в виде искусственно созданных нуклидов. Таковых получено 12.

Это диспрозий в возбужденном состоянии . изотопы стремятся к стабильности, выбрасывая уйму энергии. Такое состояние не способно длиться вечно.

Природных, стабильных разновидностей вещества 7.Они содержатся в ряде минералов, к примеру, монаците, лопарите, ксенотиме.

Из них и извлекают устойчивые нуклиды, которые, в свою очередь, служат основой для получения радиоактивных изотопов.

Исключая ядерные реакции, химическая активность лантаноидов зависит от заполнения 4f-подоболочки, то есть, четвертой электронной орбитали.

На ней начальные элементы группы имеют наибольшее число свободных мест. У последнего лютеция заняты все 14 позиций подоболочки, соответственно, вещество не активно.

Диспрозий располагается ближе к концу группы лантаноидов. На 4f-уровне 10 электронов.

То есть, химически 66-ой элемент малоактивен, образует некоторые галогениды, сульфиды. Не редкость и оксид диспрозия .

Из газов идут реакции с , углеродом и водородом. Типичны соли 66-го элемента, к примеру, бромид диспрозия .

В концентрированных соляной и азотной кислотах металл, а диспрозий – именно металл, растворяется.

В других кислотах 66-ой элемент покрывается защитной пленкой. Это малорастворимые . Они защищают вещество от распада.

В физическом плане, диспрозий – серо- металл. Из ряда лантаноидов выделяется тугоплавкостью.

Вещество размягчается при 1400-от градусах Цельсия. Кроме тугоплавкости, 66-ой элемент отличается ферромагнитными свойствами.

Значит, металл может намагничиваться спонтанно, в отсутствии внешнего поля. Правда, для этого нужны низкие температуры, ниже Кюри.

Имеется в виду не конкретная цифра, а отметка, при которой резко меняются свойства симметрии вещества.

У диспрозия высокая плотность в 8,3 граммов на кубический сантиметр. То есть, металл тяжелый, но не рекордсмен.

Пальму первенства в таблице Менделеева держит осмий. Его плотность – 22 грамма на кубический сантиметр.

Правда, широкая публика, как правило, мало осведомлена об осмии. Чтобы понимать, о чем речь, приведем плотность – 19 граммов на кубический сантиметр.

Получается, диспрозий больше чем в два раза легче солнечного металла. Однако, это не уменьшает значимость 66-го элемента для науки и промышленности. Изучим сбыта.

Применение диспрозия

Искусственные изотопы металла применяют в атомной энергетике. Там востребованы 161-ый и 164-ый нуклиды.

Они служат присадками, захватывающими нейтроны в стержнях реакторов. Материал требуется и для покрытия ядерных «топок» изнутри.

В реакторах, так же, есть стержни из карбида . Качества им добавляют добавки оксидов диспрозия.

Купить диспрозий стремятся и металлурги. Им элемент нужен для . Так именуют добавки к основным компонентам , улучшающие их свойства.

Так, рядом с диспрозием лучше поддается обработке давлением. Лигатура позволяет прессовать из циркония прутки.

Элемент диспрозий способен раскислить, а делает более прочными и тугоплавкими.

В сплавы с 66-ой металл добавляют из-за магнитострикционных свойств.

То есть, диспрозий позволяет продукции менять объем и линейные размеры, когда меняется состояние намагниченности.

Сплав 66-го вещества с феррумом деформируется лучше дуэта железа с тербием, поэтому, чаще встречается в мощных приводах для малых перемещений.

На основе сплавов 66-го элемента сделано и большинство термоэлектрических приборов.

Для них подойдет, к примеру, титанат диспрозия . Термоэлектрический эффект проявляется в местах стыковок полупроводников.

Проходя по ним, постоянный ток нагревает один спай, а другой, при этом, охлаждается.

Диспрозий подходит и в качестве люминофора. Свечение вещества исходит от металлогалогеновых ламп.

Они мощны, поэтому, применяются для освещения больших площадей, к примеру, уличных. Элемент, так же, добавляют в стекла-люминофоры.

Не обходится без редкоземельного металла и электроника. В частности, металл добавляют в экраны.

В медицине нужны микроволны, излучаемые диспрозием. С их помощью лечат кожную онкологию и борются с глазными недугами.

В общем, есть куда потратить запасы металла. Кстати, о них. Узнаем, сколько диспрозия имеем и как его добывают.

Добыча диспрозия

90% диспрозия добывают в КНР. Металл извлекают из минерального сырья. Из лантаноидов 66-ой элемент чуть ли не самый востребованный.

В недрах сокрыты 50 000 тонн редкоземельных металлов. На диспрозий приходятся примерно 4 тонны.

Металл используется граммами и их сотыми частями. Поэтому, бить тревогу рано. Но, в 2011-ом, к примеру, в КНР добычу диспрозия временно приостановили.

Японцы и другие производители электроники моментально подняли цены на товары. Но, поговорим не о стоимости готовой продукции, а о запросах на сам 66-ой элемент.

Цена диспрозия

На диспрозий цена , как уже стало понятно, во многом зависит от политики КНР.

Если не говорить о йодите диспрозия и прочих соединениях металла, а брать его чистое состояние, за кило отдашь около 250-от долларов США.

Хотя, из того же поступают предложения в районе 150-ти долларов при оптовых заказах.

Если же платить, к примеру, за оксид диспрозия, запросы продавцов снизятся до 20 долларов за 1000 граммов.

Зачастую, цены, вовсе, договорные. Товар специфический и договоренности о поставках заключаются путем переговоров, а не простого заказа на .

(от греч. dysprositos - труднодоступный; лат. Dysprosium) Dy, хим. элемент III гр. периодич. системы; относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа лантаноидов), ат. н. 66, ат. м. 162,50. Состоит из 7 стабильных изотопов: 156 Dy, 138 Dy, 160 Dy, 161 Dy, 162 Dy, 163 Dy и 164 Dy. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов 10 - 25 м 2 . Конфигурация внеш. электронных оболочек 4f 10 5s 2 5p 6 5d 0 6s 2 ; степени окисления +3, реже +2, +4; энергия ионизации Dy 0: Dy + : Dy 2+ : Dy 3+ : Dy 4+ соотв. 5,93, 11,67, 22,79, 41,47 эВ; атомный радиус 0,177 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) Dy 2+ 0,121 нм (6), 0,127 нм (7), 0,133 нм (8), Dy 3+ 0,105 нм (6), 0,111 нм (7), 0,117 нм (8), 0,122 нм (9), Dy 4+ 0,087 нм (8). Содержание в земной коре 5.10 - 4 % по массе, в морской воде 7,3.10 - 7 мг/л; вместе с др. РЗЭ присутствует в минералах гадолините, ксенотиме, в небольших кол-вах - в монаците, апатите, бастнезите. Д. - металл светло-серого цвета. Ниже 1384 °С устойчив a-Dy: кристаллич. решетка гексаген, плотноупакованная типа Mg, а = 0,35603 нм, с= 0,56465 нм, z = 2, пространств. группа Р6 3 / ттс, плота. 8,559 г/см 3 . Выше 1384 °С a-Dy переходит в b-Dy: решетка кубич. типа a-Fe, а = 0,398 нм, z = 2, пространств. группа Im3m, плотн. 8,660 г/см 3 . Т. пл. 1409 °С, т. кип. 2587 °С; С 0 p 28,16 Дж/(моль. К); DH 0 пл 10,87 кДж/моль, DH 0 исп 229,70 кДж/молъ; S 0 298 75,45 Дж/(моль. К); давление пара при 1409 °С 71,9 Па; теплопроводность 11,5 Вт/(м. К); r 9.10 - 7 Ом. м (273 К); температурный коэф. линейного расширения 1,18.10 - 6 К - 1 . Ферромагнетик, точка Кюри 88,3 К. Легко поддается мех. обработке. Предел текучести 225 МПа (20 °С). Д. на воздухе медленно окисляется при ~20°С, быстро выше 100 °С; взаимод. с минер. к-тами (кроме HF), образуя соли Dy(III), не взаимод. с р-рами щелочей. Бурно реагирует при нагр. с N 2 , H 2 , Сl 2 , Вr 2 , I 2 , медленно с F 2 даже при 530 °С.
О к с и д (сесквиоксид) Dy 2 O 3 - бесцв. кристаллы; существует в двух модификациях - с моноклинной решеткой (b-Dy 2 O 3 , а= 0,1397 нм, b= 0,3519 нм, с= 0,8661 нм, b = 100°, z = 4, пространств. группа С2/m) и кубической (a-Dy 2 O 3 , а Ч 1,0665 нм, z = 16, пространств. группа Iа 3, плотн. 8,16 г/см 3); т-ра перехода a: b 2070 °С, т. пл. 2400 °С; С 0 р 116,3 Дж/(моль. К); DH 0 обр -1868 кДж/моль; S 0 298 150,8 Дж/(моль. К); не раств. в воде. Получают разложением Dy 2 (C 2 O 4) 3 , Dy(NO 3) 3 и др. обычно выше 800 °С на воздухе.
Х л о р и д DyCl 3 - бесцв. кристаллы; решетка моноклинная (а= 0,691 нм, b= 1,197 нм, с= 0,640 нм, b = 111,2°, z = 4, пространств. группа С2/m); т. пл. 654 °С, т. кип. 1627 °С; плотн. 3,617 г/см 3 ; С 0 p 96,86 Дж/(моль. К); DH 0 обр -983 кДж/моль; S 0 298 154 Дж/(моль. К); хорошо раств. в воде. Получают взаимод. смеси Сl 2 и ССl 4 с Dy 2 (C 2 O 4) 3 выше 200 °С, хлорированием Д. выше 200 °С и др.
Ф т о р и д DyF 3 - бесцв. кристаллы с орторомбич. решеткой ( а = 0,6460 нм, b = 0,6906 нм, с = 0,4376 нм, z= 4, пространств. группа Рпта, плотн. 7,466 г/см 3); при 1030 °С переходит в гексаген, модификацию с плотн. 7,70 г/см 3 ; т. пл. 1157 °С, т. кип. > 2200 °С; С 0 р 96,61 Дж/(моль. К); DH 0 обр Ч 1719,6 кДж/моль; не раств. в воде. Получают при действии фтористоводородной к-ты на соед. Д., фторированием Д. и др. Д. получают восстановлением DyCl 3 или DyF 3 кальцием, Na или Li. Фольгу Д. используют в нейтронной радиографии облученных материалов, DуI 3 - в произ-ве ламп для освещения улиц, стадионов, Dу 2 О 3 - как компонент люминофоров красного свечения, спец. стекол. Хранят Д. в вакууме или инертной атмосфере. Д. при повыш. т-ре корродирует большинство материалов, в т. ч. Pt. Открыт в 1886 П. Э. Лекоком де Буабодраном. Л. И. Мартыненко. С. Д. Моисеев. Ю. М. Киселев.

• - хим. элемент из семейства лантаноидов, символ Dy , ат. н. 66, ат. м. 162,50. Д. - серебристо-белый металл...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - элемент редких земель, выделенный Лекок де Буабодраном из окиси гольмия в 1886 г. По Лекок де Буабодрану, в спектре его характерны линии длины волны: 753 и 451,5 и затем 804; 756,5; 475; 427,5...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - Dy, химический элемент с атомным номером 66, редкоземельный металл, относится к лантаноидам...

Диспрозий - один из самых распространенных элементов иттриевой подгруппы. В земной коре его в 4,5 раза больше, чем вольфрама. Выглядит он так же, как и остальные члены редкоземельного семейства, проявляет валентность 3+ , окраска окиси и солей - светло-желтая, обычно с зеленоватым, реже с оранжеватым оттенком.

Название этого элемента происходит от греческого, что означает «труднодоступный». Название элемента № 66 отразило трудности, с которыми пришлось столкнуться его первооткрывателю. Окисел этого элемента - землю диспрозию - открыл Лекок де Буабодран спектроскопически, а затем выделил ее из окиси иттрия. Произошло это в 1886 г., а через 20 лет Урбен получил диспрозий в относительно чистом виде.
Однако более или менее точно определить основные физико-химические константы этого элемента удалось лишь после того, как А. Н. Даапе и Ф. Спендинг разработали двухстадийный способ получения элементарного диспрозия. Сначала окись диспрозия превращают во фторид, на который затем воздействуют металлическим кальцием при быстром нагревании до 1500° С. Таким способом получают серебристо-белый пластичный металл с плотностью 8,5 г/см 3 , который плавится при 1407° С. Сейчас в нашей стране получают кальциетермический диспрозий чистотой 99,76%.

Изотопы диспрозия

Среди прочих лантаноидов диспрозий мало чем выделяется . Правда, ему, как и гадолинию , при определенных условиях свойствен ферромагнетизм, но только при низкой температуре.

У церия на 4f -уровне находятся два электрона – один за счет увеличения порядкового номера по сравнению с лантаном на единицу, а другой переходит с 5d -уровня на 4f . До гадолиния происходит последовательное увеличение числа электронов на 4f -уровне, а уровень 5d остается незанятым. У гадолиния дополнительный электрон занимает 5d -уровень, давая электронную конфигурацию 4f 75d 16s 2, а у следующего за гадолинием тербия происходит, аналогично церию, переход 5d -электрона на 4f -уровень (4f 96s 2). Далее до иттербия наблюдается монотонное увеличение числа электронов до 4f 14, а у завершающего ряд лютеция вновь появляется 5d -электрон (4f 145d 16s 2).

Периодический характер заполнения 4f -орбиталей сначала по одному, а потом по два электрона предопределяет внутреннюю периодичность свойств лантаноидов. Периодически изменяются металлические радиусы, степени окисления, температуры плавления и кипения, величины магнитных моментов, окраска и другие свойства (рис. 8.15). Участие 4f -электронов в образовании химической связи обусловлено предварительным возбуждением на уровень 5d . Энергия возбуждения одного электрона невелика, поэтому обычно лантаноиды проявляют степень окисления III (табл. 8.12, рис. 8.15). Однако некоторые из них проявляют так называемые аномальные степени окисления – 2, 4. Эти состояния окисления связывают с образованием наиболее устойчивых электронных конфигураций 4f 0, 4f 7, 4f 14. Так, Ce и Tb приобретают конфигурации f 0 и f 7, переходя в состояние окисления +4, тогда как Eu и Yb имеют соответственно конфигурации – f 7 и f 14 в состоянии окисления +2. Однако существование Pr (IV), Sm (II), Dy (IV) и Tm (II) свидетельствует об относительности критерия особой устойчивости электронных конфигураций 4f 0, 4f 7 и 4f 14. Как и для d -элементов, стабильность состояния окисления наряду с этим фактором характеризуется термодинамическими параметрами реального соединения.

Ограниченная возможность возбуждения 4f -электронов определяет сходство химических свойств лантаноидов в одинаковых степенях окисления. Основные изменения в свойствах лантаноидов являются следствием f -сжатия, то есть уменьшения эффективных радиусов атомов и ионов с увеличением порядкового номера.

В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы. В ряду напряжений они находятся значительно левее водорода (электродные потенциалы лантаноидов составляют около –2,4 В). Поэтому все лантаноиды взаимодействуют с водой с выделением водорода:

а соединения со степенью окисления II (Eu, Sm, Yb) – восстановительные, причем окисляются даже водой:

Лантаноиды очень реакционноспособны и легко взаимодействуют со многими элементами периодической системы: в кислороде сгорают при 200–400 °С с образованием Э 2O 3, а в атмосфере азота при 750–1000 °С образуют нитриды. Церий в порошкообразном состоянии легко воспламеняется на воздухе, поэтому его используют при изготовлении кремней для зажигалок. Лантаноиды взаимодействуют с галогенами, серой, углеродом, кремнием и фосфором. Химическая активность элементов в ряду Ce–Lu несколько уменьшается из-за уменьшения их радиусов. С водородом лантаноиды образуют солеобразные гидриды ЭH 2 и ЭH 3, которые по свойствам более близки к гидридам щелочно-земельных металлов, чем к гидридам d-элементов. С кислородом все лантаноиды образуют оксиды типа Э 2O 3, являющиеся химически и термически устойчивыми; так, La 2O 3 плавится при температуре 2000 °С, а CeO 2 – около 2500 °С. Самарий, европий и иттербий, кроме оксидов Э 2O 3, образуют также монооксиды EuO, SmO, YbO. Церий легко образует оксид CeO 2. Оксиды лантаноидов в воде нерастворимы, но энергично ее присоединяют с образованием гидроксидов:

Гидроксиды лантаноидов по силе уступают лишь гидроксидам щелочно-земельных металлов. Лантаноидное сжатие приводит к уменьшению ионности связи Э–ОН и уменьшению основности в ряду Ce(OH) 3 – Lu(OH) 3.

Лантаноиды используют в металлургии для легирования сталей, что повышает прочность, жаростойкость и коррозийную устойчивость последних. Такие стали применяют для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов и оболочек искусственных спутников Земли.

Добавление оксида лантана в стекла повышает их показатель преломления (так называемая лантаноидная оптика). Радиационно-оптическую устойчивость стекол повышает CeO 2. Стекла с неодимом используются в оптических квантовых генераторах. Оксиды гадолиния, самария и европия входят в состав защитных керамических покрытий от тепловых нейтронов в ядерных реакторах. Соединения лантаноидов используются в качестве катализаторов. Способность их соединяться с атмосферными газами используется для создания высокого вакуума.

(Dysprosium; от греческого труднодоступный), Dy - хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 66, ат. м. 162,50; относится к редкоземельным элементам. Металл светло-серого цвета с металлическим блеском, на воздухе тускнеет. В соединениях проявляет степень окисления +3. Известны с массовыми числами от 149 до 166, из них стабильны с массовыми числами 156, 158, 160, 161, 162, 163 и 164.

Открыт в 1886 франц. химиком П.-Э. Лекоком де Буабодраном. Содержание в земной коре 4,5 10-4%. Пром. минералами для получения диспрозия служат , и эвксенит. Диспрозий полиморфен, т-ра полиморфного превращения 1380° С. Кристаллическая решетка низкотемпературной модификации диспрозия - гексагональная плотноупакованная типа магния, с периодами а = 3,5923 А и с = 5,6475 А; плотность 8,54 г/см3; tпл 1407° С; tкип 2335° С; коэфф. термического расширения 10 10-6 град; теплоемкость 6,58 кал/г-атом град; электрическое сопротивление 91,2 мком см; точка - 169° С (104 К); сечение захвата тепловых нейтронов 1000 барн; работа выхода электронов 3,09 эв; модуль норм, упругости (модуль Юнга) 6433 кгс/мм2; предел прочности 26,8 кгс/мм2; HV = 42; удлинение 6%.

Легко поддается механической обработке. Диспрозий химически активен; при высоких температурах взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, серой и др. неметаллами. При длительном хранении на воздухе окисляется. Сплавляется со многими металлами; плавят его в инертной среде или в вакууме. Образует и соединения с большинством хим. элементов. Получают диспрозий металлотермическим восстановлением. , диспрозия перерабатывают во фторид, затем восстанавливают кальцием и дистиллируют для получения чистого металла.

Выпускают диспрозий в виде небольших слитков. В лабораторных условиях освоено получение монокристаллов диспрозия, его сплавов с др. редкоземельными элементами. Чистый диспрозий применяют для исследовательских целей. В сплавах с железом, никелем, медью и алюминием используют в качестве магнитного материала. диспрозия применяют как огнеупорные керамические материалы, для окраски стекла в желтый цвет.

Лит.: Диогенов Г. Г. История открытия химических элементов.

Статья на тему Диспрозий химический элемент