Magický prvek vzácných zemin: Dysprosium

Dysprosium,symbol Dy a atomové číslo 66. Je toprvek vzácných zemins kovovým leskem. Dysprosium nebylo v přírodě nikdy nalezeno jako samostatná látka, ačkoli existuje v různých minerálech, jako je například fosforečnan yttritý.

Množství dysprosia v kůře je 6 ppm, což je méně než u

yttriumv těžkých prvcích vzácných zemin. Je považován za relativně hojný těžký

prvek vzácných zemin a poskytuje dobrý zdrojový základ pro jeho použití.

Dysprosium se v přirozeném stavu skládá ze sedmi izotopů, přičemž nejhojnějším je 164Dy.

Dysprosium poprvé objevil Paul Achilleck de Bospoland v roce 1886, ale až s vývojem technologie iontové výměny v 50. letech 20. století bylo zcela izolováno. Dysprosium má relativně málo uplatnění, protože jej nelze nahradit jinými chemickými prvky.

Rozpustné dysprosiové soli mají mírnou toxicitu, zatímco nerozpustné soli jsou považovány za netoxické.

Objevování historie

Objevil: L. Boisbaudran, Francouz

Objeven v roce 1886 ve Francii

Poté, co se Mossander oddělilerbiumzemě aterbiumV roce 1842 mnoho chemiků oddělilo yttrium od yttrium a pomocí spektrální analýzy identifikovalo a určilo, že se nejedná o čisté oxidy prvku, což chemiky povzbudilo k pokračování v jejich oddělování. Sedm let po oddělení holmia, v roce 1886, ho Bouvabadrand rozdělil na polovinu a holmium si ponechal, druhou pojmenoval dysprosium s elementárním symbolem Dy. Toto slovo pochází z řeckého slova dysprositos a znamená „obtížně dostupný“. Objevem dysprosia a dalších prvků vzácných zemin byla dokončena druhá polovina třetí etapy objevování prvků vzácných zemin.

Elektronová konfigurace

Elektronické rozvržení:

1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f10

izotop

V přirozeném stavu se dysprosium skládá ze sedmi izotopů: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy a 164Dy. Všechny tyto izotopy jsou považovány za stabilní, a to i přes rozpad 156Dy s poločasem rozpadu přes 1 * 1018 let. Mezi přirozeně se vyskytujícími izotopy je nejhojnější 164Dy s 28 %, následovaný 162Dy s 26 %. Nejméně zastoupen je 156Dy, 0,06 %. Bylo také syntetizováno 29 radioaktivních izotopů, které se co do atomové hmotnosti pohybují od 138 do 173. Nejstabilnější je 154Dy s poločasem rozpadu přibližně 3106 let, následovaný 159Dy s poločasem rozpadu 144,4 dne. Nejnestabilnější je 138 Dy s poločasem rozpadu 200 milisekund. 154Dy je způsoben převážně alfa rozpadem, zatímco rozpad 152Dy a 159Dy je způsoben převážně elektronovým záchytem.

Kov

Dysprosium má kovový lesk a jasný stříbrný lesk. Je poměrně měkké a lze jej obrábět bez jisker, pokud se zabrání přehřátí. Fyzikální vlastnosti dysprosia jsou ovlivněny i malým množstvím nečistot. Dysprosium a holmium mají nejvyšší magnetickou sílu, zejména při nízkých teplotách. Jednoduchý feromagnet z dysprosia se při teplotách pod 85 K (-188,2 °C) a nad 85 K (-188,2 °C) stává spirálovým antiferomagnetickým stavem, kde všechny atomy jsou v určitém okamžiku rovnoběžné se spodní vrstvou a směřují k sousedním vrstvám pod pevným úhlem. Tento neobvyklý antiferomagnetismus se transformuje do neuspořádaného (paramagnetického) stavu při 179 K (-94 °C).

Aplikace:

(1) Jako přísada do neodymových, železo-borových permanentních magnetů může přidání asi 2–3 % dysprosia do tohoto typu magnetu zlepšit jeho koercitivitu. V minulosti nebyla poptávka po dysprosiu vysoká, ale s rostoucí poptávkou po neodymových, železo-borových magnetech se stalo nezbytným aditivním prvkem s obsahem vlákna okolo 95–99,9 % a poptávka také rychle roste.

(2) Dysprosium se používá jako aktivátor pro fosfory a trojmocné dysprosium je slibným aktivačním iontem pro tříbarevné luminiscenční materiály s jedním emisním centrem. Skládá se převážně ze dvou emisních pásů, jeden má žlutou emisi a druhý má modrou emisi. Luminiscenční materiály dopované dysprosiem lze použít jako tříbarevné fosfory.

(3) Dysprosium je nezbytná kovová surovina pro přípravu velké magnetostrikční slitiny terfenolu, která umožňuje dosažení přesných mechanických pohybů.

(4)Dysprosium kov lze použít jako magnetooptický paměťový materiál s vysokou rychlostí záznamu a citlivostí čtení.

(5) Pro přípravu dysprosiových výbojek se jako pracovní látka používá jodid dysprosia. Tento typ výbojky má výhody, jako je vysoký jas, dobrá barva, vysoká teplota chromatičnosti, malá velikost a stabilní oblouk. Používá se jako zdroj světla pro filmy, tisk a další osvětlovací aplikace.

(6) Vzhledem k velké ploše průřezu pro zachycení neutronů se prvek dysprosium používá v jaderném průmyslu k měření neutronových spekter nebo jako absorbér neutronů.

(7) Dy3Al5O12 lze také použít jako magnetickou pracovní látku pro magnetické chlazení. S rozvojem vědy a techniky se oblasti použití dysprosia budou dále rozšiřovat a zvětšovat.

(8) Nanovlákna z dysprosiových sloučenin mají vysokou pevnost a povrchovou plochu, takže je lze použít k zpevnění jiných materiálů nebo jako katalyzátory. Zahřívání vodného roztoku DyBr3 a NaF při tlaku 450 barů po dobu 17 hodin na 450 °C může vést k vytvoření vláken fluoridu dysprosia. Tento materiál může zůstat v různých vodných roztocích déle než 100 hodin bez rozpuštění nebo agregace při teplotách přesahujících 400 °C.

(9) Tepelně izolační demagnetizační chladničky používají určité paramagnetické krystaly dysprosiové soli, včetně dysprosiového galiového granátu (DGG), dysprosiového hlinitého granátu (DAG) a dysprosiového železnatého granátu (DyIG).

(10) Sloučeniny oxidu kademnatého a dysprosia jsou zdroje infračerveného záření, které lze použít ke studiu chemických reakcí. Dysprosium a jeho sloučeniny mají silné magnetické vlastnosti, díky čemuž jsou užitečné v zařízeních pro ukládání dat, jako jsou pevné disky.

(11) Neodymovou část neodymových magnetů s železom a bórem lze nahradit dysprosiem, aby se zvýšila koercivita a zlepšila tepelná odolnost magnetů. Používá se v aplikacích s vysokými požadavky na výkon, jako jsou například pohonné motory elektrických vozidel. Automobily, které používají tento typ magnetu, mohou obsahovat až 100 gramů dysprosia na vozidlo. Podle odhadovaného ročního prodeje 2 milionů vozidel společnosti Toyota brzy vyčerpá celosvětové zásoby kovového dysprosia. Magnety nahrazené dysprosiem mají také vysokou odolnost proti korozi.

(12) Sloučeniny dysprosia lze použít jako katalyzátory v rafinaci ropy a chemickém průmyslu. Pokud se dysprosium přidá jako strukturní promotor do katalyzátoru pro syntézu amoniaku na bázi oxidu železitého, lze zlepšit katalytickou aktivitu a tepelnou odolnost katalyzátoru. Oxid dysprosia lze použít jako vysokofrekvenční dielektrický keramický komponentní materiál se strukturou Mg0-Ba0-Dy0n-TiO2, který lze použít pro dielektrické rezonátory, dielektrické filtry, dielektrické diplexery a komunikační zařízení.