Диспрозій

Диспрозій (лат. Dysprosium) — хімічний елемент з атомним номером 66, лантаноїд.

Диспрозій (Dy)
Атомний номер	66
Зовнішній вигляд простої речовини	м'який, сріблясто-сірий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	162,50 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	180 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	567,0(5,88) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 4f10 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	159 пм
Радіус іона	(+3e) 90,8 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,19
Електродний потенціал	Dy←Dy3+ -2,29В Dy←Dy2+ -2,2В
Ступені окиснення	+3
Термодинамічні властивості
Густина	8,55 г/см³
Молярна теплоємність	0,173 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	10,7 Вт/(м·К)
Температура плавлення	1685 К
Теплота плавлення	16,6 кДж/моль
Температура кипіння	2835 К
Теплота випаровування	283 кДж/моль
Молярний об'єм	19,0 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	гексагональна
Період ґратки	3,590 Å
Відношення с/а	1,573
Температура Дебая	185 [1] К
Інші властивості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Диспрозій у Вікісховищі

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.

Історія

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.

Отримання

Елементарний Диспрозій отримують відновленням DyCl₃ або DyF₃ кальцієм, натрієм або літієм. Після дистиляції у високому вакуумі отримують високочистий Dy.

Властивості

Фізичні

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].

Алотропні форми

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.

Хімічні

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) іона який забарвлює розчин у жовтий колір (існує як [Dy(OH₂)₉]³⁺ аквакомплекс)

2 Dy + 3 H₂SO₄ → 2 Dy³⁺ + 3 SO²⁻
₄ + 3 H₂↑

Ізотопи

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].

Використання

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].