יסוד נדיר קסום של אדמה: דיספרוזיום

דיספרוזיום,סמל Dy ומספר אטומי 66. זהויסוד אדמה נדירעם ברק מתכתי. דיספרוזיום מעולם לא נמצא כחומר בודד בטבע, למרות שהוא קיים במינרלים שונים כמו איטריום פוספט.

כמות הדיספרוסיום בקרום היא 6ppm, שהיא נמוכה מזו של

איטריוםביסודות אדמה נדירים וכבדים. הוא נחשב כבד יחסית בשפע

יסוד אדמה נדיר ומספק בסיס משאבים טוב ליישומו.

דיספרוזיום במצבו הטבעי מורכב משבעה איזוטופים, כאשר הנפוץ ביותר הוא 164 Dy.

דיספרוזיום התגלה לראשונה על ידי פול אכילק דה בוספולנד בשנת 1886, אך רק עם פיתוח טכנולוגיית חילוף היונים בשנות ה-50 הוא בודד לחלוטין. לדיספרוזיום יש יישומים מעטים יחסית מכיוון שלא ניתן להחליף אותו ביסודות כימיים אחרים.

למלחי דיספרוסיום מסיסים יש רעילות קלה, בעוד שמלחים בלתי מסיסים נחשבים ללא רעילים.

גילוי היסטוריה

התגלה על ידי: ל. בויסבודראן, צרפתי

התגלה בשנת 1886 בצרפת

לאחר שהפרדת מוסנדרארביוםאדמה וטרביוםלאחר הפרדת אדמה מאידיום בשנת 1842, כימאים רבים השתמשו בניתוח ספקטרלי כדי לזהות ולקבוע שאלו אינם תחמוצות טהורות של יסוד, מה שעודד כימאים להמשיך להפריד ביניהם. שבע שנים לאחר הפרדת ההולמיום, בשנת 1886, בובאבאדרן חילק אותו לשניים ושמר על ההולמיום, השני נקרא דיספרוזיום, עם סמל היסוד Dy. מילה זו מגיעה מהמילה היוונית dysprositos ופירושה "קשה להשגה". עם גילוי הדיספרוזיום ויסודות אדמה נדירים אחרים, הושלם החצי השני של השלב השלישי בגילוי יסודות אדמה נדירים.

תצורת אלקטרונים

פריסה אלקטרונית:

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

אִיזוֹטוֹפּ

במצבו הטבעי, דיספרוזיום מורכב משבעה איזוטופים: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy ו-164Dy. כולם נחשבים יציבים, למרות דעיכה של 156Dy עם זמן מחצית חיים של מעל 1 * 1018 שנים. מבין האיזוטופים הטבעיים, 164Dy הוא הנפוץ ביותר עם 28%, ואחריו 162Dy עם 26%. הפחות מספק הוא 156Dy, 0.06%. 29 איזוטופים רדיואקטיביים סונתזו גם כן, בטווח של 138 עד 173, מבחינת מסה אטומית. היציב ביותר הוא 154Dy עם זמן מחצית חיים של כ-3106 שנים, ואחריו 159Dy עם זמן מחצית חיים של 144.4 ימים. הלא יציב ביותר הוא 138Dy עם זמן מחצית חיים של 200 מילישניות. 154Dy נגרם בעיקר מעדיית אלפא, בעוד שדעיכת 152Dy ו-159Dy נגרמת בעיקר מלכידת אלקטרונים.

מַתֶכֶת

לדיספרוסיום יש ברק מתכתי וברק כסוף בוהק. הוא די רך וניתן לעבד אותו ללא ניצוצות אם נמנעים מחימום יתר. התכונות הפיזיקליות של דיספרוסיום מושפעות אפילו מכמות קטנה של זיהומים. לדיספרוסיום ולהולמיום יש את החוזק המגנטי הגבוה ביותר, במיוחד בטמפרטורות נמוכות. פרומגנט פשוט של דיספרוסיום הופך למצב אנטי-פרומגנטי סלילי בטמפרטורות מתחת ל-85 קלווין (-188.2 מעלות צלזיוס) ומעל ל-85 קלווין (-188.2 מעלות צלזיוס), כאשר כל האטומים מקבילים לשכבה התחתונה ברגע מסוים ופונים לשכבות סמוכות בזווית קבועה. אנטי-פרומגנטיות יוצאת דופן זו הופכת למצב לא מסודר (פאראמגנטי) ב-179 קלווין (-94 מעלות צלזיוס).

בַּקָשָׁה:

(1) כתוסף למגנטים קבועים מניאודימיום ברזל בורון, הוספת כ-2-3% דיספרוזיום לסוג זה של מגנט יכולה לשפר את כוח הכפייה שלו. בעבר, הביקוש לדיספרוזיום לא היה גבוה, אך עם הביקוש הגובר למגנטים מניאודימיום ברזל בורון, הוא הפך ליסוד תוסף הכרחי, עם דרגה של כ-95-99.9%, וגם הביקוש עולה במהירות.

(2) דיספרוסיום משמש כמפעיל עבור זרחנים, ודיספרוסיום תלת-ערכי הוא יון מפעיל מבטיח עבור חומרים זוהרים תלת-צבעוניים בעלי מרכז פליטה יחיד. הוא מורכב בעיקר משני פסי פליטה, אחד הוא פליטה צהובה, והשני הוא פליטה כחולה. חומרים זוהרים מסוממים בדיספרוסיום יכולים לשמש כזרחנים תלת-צבעוניים.

(3) דיספרוסיום הוא חומר גלם מתכתי הכרחי להכנת סגסוגת מגנטוסטריקטיב גדולה טרפנול, שיכולה לאפשר השגת תנועות מכניות מדויקות.

(4)מתכת דיספרוזיום יכול לשמש כחומר אחסון מגנטו-אופטי עם מהירות הקלטה ורגישות קריאה גבוהות.

(5) להכנת מנורות דיספרוזיום, חומר העבודה המשמש במנורות דיספרוזיום הוא דיספרוזיום יודיד. לסוג זה של מנורה יתרונות כגון בהירות גבוהה, צבע טוב, טמפרטורת צבע גבוהה, גודל קטן וקשת יציבה. היא שימשה כמקור תאורה לסרטים, הדפסה ויישומי תאורה אחרים.

(6) בשל שטח החתך הגדול של לכידת נויטרונים של יסוד הדיספרוסיום, הוא משמש בתעשיית האנרגיה האטומית למדידת ספקטרום נויטרונים או כבולם נויטרונים.

(7) ניתן להשתמש ב-Dy3Al5O12 גם כחומר עבודה מגנטי לקירור מגנטי. עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, תחומי היישום של דיספרוזיום ימשיכו להתרחב ולהתרחב.

(8) לננו-סיבי דיספרוזיום בעלי חוזק ושטח פנים גבוהים, כך שניתן להשתמש בהם לחיזוק חומרים אחרים או כזרזים. חימום תמיסה מימית של DyBr3 ו-NaF בלחץ של 450 בר למשך 17 שעות ל-450 מעלות צלזיוס יכול לייצר סיבי פלואוריד דיספרוזיום. חומר זה יכול להישאר בתמיסות מימיות שונות במשך יותר מ-100 שעות ללא המסה או צבירה בטמפרטורות העולות על 400 מעלות צלזיוס.

(9) מקררי דה-מגנטיזציה לבידוד תרמי משתמשים בגבישי מלח דיספרוזיום פאראמגנטיים מסוימים, כולל דיספרוזיום גליום גארנט (DGG), דיספרוזיום אלומיניום גארנט (DAG) ודיספרוזיום ברזל גארנט (DyIG).

(10) תרכובות של קבוצת תחמוצת קדמיום של דיספרוסיום הן מקורות קרינה אינפרא אדומה שניתן להשתמש בהם לחקר תגובות כימיות. לדיספרוסיום ולתרכובותיו יש תכונות מגנטיות חזקות, מה שהופך אותם לשימושיים בהתקני אחסון נתונים כגון כוננים קשיחים.

(11) ניתן להחליף את החלק הנאודימיום במגנטים של בורון ברזל ניאודימיום בדיספרוזיום כדי להגביר את הכוח הכפוי ולשפר את עמידות החום של המגנטים. הוא משמש ביישומים עם דרישות ביצועים גבוהות כגון מנועי הנעה לרכבים חשמליים. מכוניות המשתמשות במגנט מסוג זה יכולות להכיל עד 100 גרם דיספרוזיום לכל רכב. על פי מכירותיה השנתיות המוערכות של טויוטה, העומדות על 2 מיליון כלי רכב, בקרוב הדבר ידלל את אספקת המתכת הדיספרוזיום העולמית. למגנטים שהוחלפו בדיספרוזיום יש גם עמידות גבוהה בפני קורוזיה.

(12) תרכובות דיספרוסיום יכולות לשמש כזרזים בתעשיות זיקוק נפט וכימיות. אם מוסיפים דיספרוסיום כמקדם מבני בזרז סינתזה של אמוניה מבריאוקסיד, ניתן לשפר את הפעילות הקטליטית ואת עמידות החום של הזרז. ניתן להשתמש בתחמוצת דיספרוסיום כחומר רכיב קרמי דיאלקטרי בתדר גבוה, עם מבנה של Mg0-Ba0-Dy0n-Ti02, אשר ניתן להשתמש בו עבור מהודים דיאלקטריים, מסננים דיאלקטריים, דיפלקסרים דיאלקטריים והתקני תקשורת.