Диспрозий химический элемент

Диспрозий – это неорганический химический элемент с символом Dy и атомным номером 66.

Он относится к группе лантаноидов (редкоземельных элементов) и представляет собой мягкий, серебристо-серый металл.

Диспрозий обладает уникальными магнитными свойствами, в частности, является ферромагнетиком при низких температурах.

И демонстрирует гигантский магнитострикционный эффект в сплавах (например, с железом, в материале терфенол-Д).

Что такое диспрозий

(Dysprosium; от греческого труднодоступный), Dy — химический элемент 3-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Атомный номер 66, атомная масса 162,50; относится к редкоземельным элементам.

Металл светло-серого цвета с металлическим блеском, на воздухе тускнеет. В соединениях проявляет степень окисления +3.

Открыт в 1886 франц. химиком П.-Э. Лекоком де Буабодраном. Содержание в земной коре 4,5 • 10^-4%. Пром. минералами для получения диспрозия служат монацит, ксенотим и эвксенит.

Физические свойства

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; t^пл 1407° С;  t_кип  2335° С;  коэфф. термического  расширения   10 • 10-6 град.

Теплоемкость 6,58 кал/г-атом • град; электрическое сопротивление 91,2 мком • см; Кюри 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.

Интересный факт: является одним из лучших известных материалов, демонстрирующих «гигантскую магнитострикцию

Химические свойства

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 сплавы и соединения с большинством хим. элементов.

Диспрозий медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре, образуя оксид. При нагревании он активно реагирует с кислородом, образуя оксид диспрозия(III).

4Dy + 3O₂ → (t) 2Dy₂O₃

✅ Взаимодействие с водой

Диспрозий медленно реагирует с холодной водой, образуя гидроксид диспрозия и водород. С горячей водой реакция идет быстрее.

2Dy + 6H₂O → 2Dy(OH)₃↓ + 3H₂↑

✅ Взаимодействие с кислотами

Диспрозий легко растворяется в большинстве разбавленных минеральных кислот (кроме плавиковой кислоты, с которой образуется нерастворимый фторид), образуя соли диспрозия(III) и водород.

С соляной кислотой:

2Dy + 6HCl → 2DyCl₃ + 3H₂↑

С серной кислотой:
2Dy + 3H₂SO₄ → Dy₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

✅ Взаимодействие с галогенами

Диспрозий активно реагирует со всеми галогенами при нагревании, образуя соответствующие галогениды диспрозия (III).

С хлором:

2Dy + 3Cl₂ → (t) 2DyCl₃

С фтором:
2Dy + 3F₂ → (t) 2DyF₃

✅ Взаимодействие с другими неметаллами (примеры)

С азотом (образует нитрид при нагревании):

2Dy + N2 → (t) 2DyN

С серой (образует сульфиды при нагревании):
2Dy + 3S → (t) Dy₂S₃

Изотопы

Известны изотопы с массовыми числами от ¹⁴⁹Dy до ¹⁶⁶Dy, из них стабильны изотопы с массовыми числами 156, 158, 160, 161, 162, 163 и 164.

Получение

Получают диспрозий металлотермическим восстановлением.

Окислы, диспрозия перерабатывают во фторид, затем восстанавливают кальцием и дистиллируют для получения чистого металла.

Получение диспрозия, как и других редкоземельных элементов (лантаноидов), включает несколько этапов:

➡️ Добыча руды: Диспрозий встречается в природе не в чистом виде, а в составе различных минералов (например, монацита, ксенотима, бастнезита) вместе с другими лантаноидами.

Концентрация: Руду измельчают и обогащают для увеличения содержания редкоземельных элементов.

➡️ Химическая переработка и разделение: Это самый сложный этап. Из концентрата химически извлекают сумму редкоземельных элементов, а затем их разделяют друг от друга.

Для этого используют методы жидкостной экстракции (с помощью органических растворителей).

Или ионообменной хроматографии, так как химические свойства лантаноидов очень схожи.

➡️ Получение чистого соединения диспрозия: После разделения получают чистое соединение диспрозия, обычно его оксид (Dy₂O₃), который затем переводят в безводный галогенид, чаще всего фторид диспрозия (DyF₃) или хлорид (DyCl₃).

➡️ Восстановление до металлического диспрозия: Чистый металлический диспрозий получают путем металлотермического восстановления его галогенидов (фторида или хлорида) активными металлами.

Такими как кальций (Ca), натрий (Na) или литий (Li), при высокой температуре (например, около 1500°C в случае с кальцием).

Пример реакции:

2DyF₃ + 3Ca → (t) 2Dy + 3CaF₂

Дальнейшая очистка: Полученный металл может быть дополнительно очищен методами, такими как вакуумная перегонка.

Применение

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.

Окислы диспрозия применяют как огнеупорные керамические материалы, для окраски стекла в желтый цвет.

Литература

Диогенов Г. Г. История открытия химических элементов.

 Часто задаваемые вопросы