Erbiyum

Erbiyum, ₆₈Er
Erbiyum
Telaffuz	/ˈɜːrbiəm/ (UR-bee-əm)
Görünüm	gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı Ar, std(Er)	167.259(3)
Periyodik tablodaki Erbiyum
	holmiyum ← erbiyum → tülyum
Atom numarası (Z)	68
Grup	grup n/a
Period	periyot 6
Blok	f-blok
Element kategorisi	Lantanid
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 4f12 6s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 30, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1802 K (1529 °C, 2784 °F)
Kaynama noktası	3141 K (2868 °C, 5194 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	9.066 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	8.86 g/cm3
Isı entalpisi	19.90 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	280 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	28.12 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	0, +1, +2, +3 (bir baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.24
İyonlaşma enerjisi	1.: 589.3 kJ/mol ; 2.: 1150 kJ/mol ; 3.: 2194 kJ/mol ; ;
Atom yarıçapı	deneysel: 176 pm
Kovalent yarıçapı	189±6 pm
	; erbiyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	yakın altıgen paketleme (hcp)
Sesin hızı kalay çubuk	2830 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	poly: 12.2 µm/(m·K) (r.t.)
Termal iletkenlik	14.5 W/(m·K)
Elektriksel direnç	poly: 0.860 µΩ·m (r.t.)
Manyetik sıralama	300 K'da paramanyetik
Manyetik alınganlık	+44,300.00·10−6 cm3/mol
Young modülü	69.9 GPa
Kayma modülü	28.3 GPa
Bulk modülü	44.4 GPa
Poisson oranı	0.237
Vickers sertliği	430–700 MPa
Brinell sertliği	600–1070 MPa
CAS Numarası	7440-52-0
Tarihçe
Adlandırma	Ytterby'den (İsveç) sonra, madenin olduğu yer
Keşfeden	Carl Gustaf Mosander (1843)
erbiyum ana izotopları
	view; talk; edit; \| referanslar

Erbiyum, sembolü Er ve atom numarası 68 olan kimyasal bir elementtir. Yapay olarak izole edildiğinde gümüşi beyaz bir katı metal olan doğal erbiyum her zaman diğer elementlerle kimyasal kombinasyon halinde bulunur. İsveç'te Ytterby'deki gadolinit madeninde bulunan ve adını aldığı nadir bir toprak elementi olan lantanittir.

Erbium'un başlıca kullanımları, özellikle belirli lazer uygulamalarında yararlı olan optik floresan özelliklere sahip pembe renkli Er³⁺ iyonlarını içerir. Erbiyum katkılı camlar veya kristaller, optik amplifikasyon ortamı olarak kullanılabilir; burada Er³⁺ iyonları optik olarak yaklaşık 980 veya 1480 nm'de pompalanır ve daha sonra uyarılmış emisyonda 1530 nm'de ışık yayar. Bu işlem, fiber optikler tarafından iletilen sinyaller için alışılmadık derecede mekanik olarak basit bir lazer optik amplifikatör ile sonuçlanır. 1550 nm dalga boyu özellikle optik iletişim için önemlidir çünkü standart tek modlu optik fiberlerin bu belirli dalga boyunda minimum kaybı vardır.

Optik fiber amplifikatör-lazerlere ek olarak, çok çeşitli tıbbi uygulamalar (yani dermatoloji, diş hekimliği), dokulardaki suda yüksek oranda emilen başka bir dalga boyunda yandığında erbiyum iyonunun 2940 nm emisyonuna (bkz.Er: YAG lazer) dayanır. Lazer enerjisinin bu tür sığ doku birikimi lazer cerrahisinde ve yaygın diş lazeri türleri ile mine ablasyonu üreten verimli buhar üretimi için yararlıdır.

Tarihçe

Erbium (İsveç'teki bir köy olan Ytterby için) 1843'te Carl Gustaf Mosander tarafından keşfedildi. Mosander, mineral gadolinitten türetilen tek metal oksit itriya olduğu düşünülen bir örnekle çalışıyordu. Gadolinitin bulunduğu Ytterby köyünden sonra "Sırbistan" ve "terbia" adını verdiği saf yitriya ek olarak numunenin en az iki metal oksit içerdiğini keşfetti. Mosander oksitlerin saflığından emin değildi ve daha sonraki testler onun belirsizliğini doğruladı. "Yitriya" yalnızca itriyum, erbiyum ve terbiyum içermiyordu; sonraki yıllarda kimyagerler, jeologlar ve spektroskopistler beş ek element keşfettiler: iterbiyum, skandiyum, tulium, holmiyum ve gadolinyum.

Ancak bu sırada Erbia ve terbia karıştı. Bir spektroskopist, spektroskopi sırasında yanlışlıkla iki elementin adlarını değiştirdi. 1860'tan sonra, terbia'ın adı Erbia ve 1877'den sonra, terbiyum oksit olarak bilinen yerin adı da terbiyum oldu. Oldukça saf Er₂O₃, 1905'te Georges Urbain ve Charles James tarafından bağımsız olarak izole edildi. Wilhelm Klemm ve Heinrich Bommer'ın potasyum buharı ile susuz klorürü azalttığı 1934 yılına kadar makul derecede saf erbiyum metali üretilmedi. Sadece 1990'larda Çin kaynaklı erbiyum oksidin fiyatı, erbiyumun sanat camında bir renklendirici olarak kullanılması için yeterince düşük hale geldi.

Özellikler

Fiziki ozellikleri

Üç değerlikli bir element olan saf erbiyum metali dövülebilir (veya kolayca şekillendirilebilir), yumuşak ancak havada stabildir ve diğer bazı nadir toprak metalleri kadar hızlı oksitlenmez. Tuzları gül rengindedir ve element görünür ışıkta, ultraviyole ve yakın kızılötesinde karakteristik keskin absorpsiyon spektrum bantlarına sahiptir. diğer nadir toprak elementlerine çok benziyor. Seskioksitine erbia denir. Erbiyum'un özellikleri, bir dereceye kadar, mevcut safsızlıkların türü ve miktarı tarafından belirlenir. Erbiyum bilinen herhangi bir biyolojik rol oynamamaktadır, ancak metabolizmayı uyarabileceği düşünülmektedir.

Erbiyum, 19 K'nin altında ferromanyetik, 19 ile 80 K arasında antiferromanyetik ve 80 K'nin üzerinde paramanyetiktir.

Erbiyum, pervane şeklinde atomik kümeler oluşturabilir Er₃N, erbiyum atomları arasındaki mesafe 0.35 nm'dir. Bu kümeler, transmisyon elektron mikroskobu ile teyit edildiği üzere, onları fulleren molekülleri halinde kapsülleyerek izole edilebilir.

Kimyasal özellikler

Erbiyum metali havada yavaşça kararır ve kolayca yanarak erbiyum (III) oksit oluşturur:

4 Er + 3 O₂ → 2 Er₂O₃

Erbiyum oldukça elektropozitiftir ve erbiyum hidroksit oluşturmak için soğuk suyla yavaş ve sıcak suyla oldukça hızlı reaksiyona girer:

2 Er (s) + 6 H₂O (l) → 2 Er(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

Erbium metal tüm halojenlerle reaksiyona girer:

2 Er (s) + 3 F₂ (g) → 2 ErF₃ (s) [pembe]

2 Er (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 ErCl₃ (s) [menekşe]

2 Er (s) + 3 Br₂ (g) → 2 ErBr₃ (s) [menekşe]

2 Er (s) + 3 I₂ (g) → 2 ErI₃ (s) [menekşe]

Erbiyum, seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür ve gül kırmızısı olarak var olan hidratlanmış Er (III) iyonları içeren çözeltiler oluşturur [Er(OH₂)₉]³⁺ hidrasyon kompleksleri:

2 Er (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Er³⁺ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H₂ (g)

İzotoplar

Doğal olarak oluşan erbiyum, ¹⁶⁶Er en bol olan (%33.503 doğal bolluk) 6 kararlı izotop, ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁷Er, ¹⁶⁸Er ve ¹⁷⁰Er'den oluşur. 29 radyoizotop karakterize edilmiştir; en kararlı olanı 9,4 d yarılanma ömrü ile ¹⁶⁹Er, 49,3 saatlik yarılanma ömrü ile ¹⁷²Er, 28,58 saatlik yarılanma ömrü ile ¹⁶⁰Er, 10,36 saatlik yarı ömrü ile ¹⁶⁵Er ve ¹⁷¹Er yarı ömrü 7.516 saattir. Geri kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömürleri 3,5 saatten azdır ve bunların çoğunun yarı ömürleri 4 dakikadan azdır. Bu element ayrıca 13 meta duruma sahiptir, en kararlı olanı 2.269 s yarılanma ömrü ile ^167mEr'dir.

Erbiyum izotopları atom ağırlığı olarak 142.9663 u (¹⁴³Er) ila 176.9541 u (¹⁷⁷Er) aralığındadır. En bol kararlı izotop olan ¹⁶⁶Er'den önceki birincil bozunma modu elektron yakalamadır ve sonraki birincil mod beta bozunmasıdır. ¹⁶⁶Er'den önceki birincil bozunma ürünleri element 67 (holmiyum) izotoplarıdır ve sonraki birincil ürünler element 69 (tulium) izotoplarıdır.

Oluşum

Yer kabuğundaki erbiyum konsantrasyonu yaklaşık 2.8 mg/kg ve deniz suyunda 0.9 ng/L'dir. Bu konsantrasyon, erbiyumu Dünya'nın kabuğundaki elementel bollukta yaklaşık 45. yapmak için yeterlidir.

Diğer nadir toprak elementleri gibi, bu element de doğada asla serbest bir element olarak bulunmaz, ancak monazit kum cevherlerinde bağlı bulunur. Nadir toprakları cevherlerinde birbirinden ayırmak tarihsel olarak çok zor ve pahalı olmuştur, ancak 20. yüzyılın sonlarında geliştirilen iyon değişim kromatografisi yöntemleri, tüm nadir toprak metallerinin ve bunların kimyasal bileşiklerinin üretim maliyetini büyük ölçüde düşürmüştür.

Erbiyumun başlıca ticari kaynakları, ksenotim ve euxenite minerallerinden ve son zamanlarda güney Çin'in iyon adsorpsiyon killeridir; Sonuç olarak, Çin artık bu elementin ana küresel tedarikçisi haline geldi. Bu cevher konsantrelerinin yüksek itriumlu versiyonlarında, itriyum ağırlıkça toplamın yaklaşık üçte ikisidir ve erbia yaklaşık %4-5'tir. Konsantre asit içinde çözüldüğünde, erbiya, çözeltiye farklı ve karakteristik bir pembe renk katmak için yeterli erbiyum iyonu serbest bırakır. Bu renk davranışı, Mosander ve lantanitlerdeki diğer ilk işçilerin Ytterby'nin gadolinit minerallerinden elde ettikleri ekstrelerde gördüklerine benzer.

Üretim

Ezilmiş mineraller, çözünmeyen nadir toprak oksitlerini çözünür klorürlere veya sülfatlara dönüştüren hidroklorik veya sülfürik asit tarafından saldırıya uğrar. Asidik filtratlar kostik soda (sodyum hidroksit) ile pH 3–4'e kısmen nötralize edilir. Toryum, hidroksit olarak çözeltiden çökelir ve uzaklaştırılır. Bundan sonra çözelti, nadir toprakları çözünmeyen oksalatlarına dönüştürmek için amonyum oksalat ile işlenir. Oksalatlar tavlama ile oksitlere dönüştürülür. Oksitler, oksitleri HNO₃'te çözünmeyen ana bileşenlerden biri olan seryumu hariç tutan nitrik asitte çözülür. Çözelti, nadir toprak metallerinin çift tuzlarının kristalize bir karışımını üretmek için magnezyum nitrat ile işlenir. Tuzlar, iyon değişimiyle ayrılır. Bu işlemde, nadir toprak iyonları, reçinede bulunan hidrojen, amonyum veya bakır iyonları ile değiştirilerek uygun iyon değişim reçinesine emilir. Nadir toprak iyonları daha sonra uygun kompleks yapıcı madde ile seçici olarak yıkanır. Erbiyum metali, oksit veya tuzlarından, argon atmosferi altında 1450 °C'de kalsiyum ile ısıtılarak elde edilir.

Uygulamalar

Erbium'un günlük kullanımları çeşitlidir. Yaygın olarak fotoğraf filtresi olarak kullanılır ve dayanıklılığı nedeniyle metalurjik katkı maddesi olarak faydalıdır.

Lazerler ve optik

Çok çeşitli tıbbi uygulamalar (yani dermatoloji, diş hekimliği), suda yüksek oranda emilen (yaklaşık 12000 / cm absorpsiyon katsayısı) erbiyum iyonunun 2940 nm emisyonunu (bkz. Er:YAG lazer) kullanır. Lazer enerjisinin bu tür sığ doku birikimi, lazer cerrahisi için ve diş hekimliğinde lazer emaye ablasyonu için verimli buhar üretimi için gereklidir.

Erbiyum katkılı optik silika cam elyaflar, optik iletişimde yaygın olarak kullanılan erbiyum katkılı fiber yükselticilerdeki (EDFA'lar) aktif elementtir. Aynı lifler, fiber lazerler oluşturmak için kullanılabilir. Verimli çalışabilmek için, erbiyum katkılı elyaf genellikle cam değiştiriciler / homojenleştiricilerle, çoğunlukla alüminyum veya fosforla birlikte katkılanır. Bu katkı maddeleri, Er iyonlarının kümelenmesini önlemeye yardımcı olur ve enerjiyi uyarma ışığı (optik pompa olarak da bilinir) ile sinyal arasında daha verimli bir şekilde aktarır. Optik fiberin Er ve Yb ile birlikte katkılanması, yüksek güçlü Er/Yb fiber lazerlerde kullanılır. Erbiyum, erbiyum katkılı dalga kılavuzu amplifikatörlerinde de kullanılabilir.

Metalurji

Vanadyuma alaşım olarak eklendiğinde erbiyum sertliği düşürür ve işlenebilirliği artırır. erbiyum-nikel alaşımında Er₃Ni, sıvı-helyum sıcaklıklarında alışılmadık derecede yüksek özgül ısı kapasitesine sahiptir ve kriyo-soğutucularda kullanılır; Hacimce %65 Er₃Co ve %35 Er_0.9Yb_0.1Ni karışımı özgül ısı kapasitesini daha da artırır.

Renklendirme

Erbiyum oksit pembe bir renge sahiptir ve bazen cam, kübik zirkonya ve porselen için renklendirici olarak kullanılır. Cam daha sonra genellikle güneş gözlüklerinde ve ucuz mücevherlerde kullanılır.

Diğerleri

Erbiyum, nükleer teknolojide nötron emici kontrol çubuklarında kullanılır.

Biyolojik rol

Erbiyumun biyolojik bir rolü yoktur, ancak erbiyum tuzları metabolizmayı uyarabilir. İnsanlar yılda ortalama 1 miligram erbiyum tüketir. İnsanlarda en yüksek erbiyum konsantrasyonu kemiklerdedir, ancak insan böbreklerinde ve karaciğerinde de erbiyum vardır.

Toksisite

Erbiyum yutulduğunda hafif toksiktir, ancak erbiyum bileşikleri toksik değildir. Toz halindeki metalik erbiyum, yangın ve patlama tehlikesi oluşturur.

Kaynak

↑ Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.
↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Cloke1993-2] Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.

[3] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[1]

[2]

[3]