Magisches Seltenerdelement: Dysprosium

Dysprosium,Symbol Dy und Ordnungszahl 66. Es ist einSeltenerdelementmit metallischem Glanz. Dysprosium wurde in der Natur nie als Einzelsubstanz gefunden, obwohl es in verschiedenen Mineralien wie Yttriumphosphat vorkommt.

Die Häufigkeit von Dysprosium in der Kruste beträgt 6 ppm und ist damit geringer als die von

Yttriumin schweren Seltenerdelementen. Es gilt als relativ häufig vorkommendes schweres Exemplar

Seltenerdelement und bietet eine gute Ressourcengrundlage für seine Anwendung.

Dysprosium besteht in seinem natürlichen Zustand aus sieben Isotopen, wobei 164 Dy am häufigsten vorkommt.

Dysprosium wurde erstmals 1886 von Paul Achilleck de Bospoland entdeckt, konnte aber erst mit der Entwicklung der Ionenaustauschtechnologie in den 1950er Jahren vollständig isoliert werden. Dysprosium hat relativ wenige Anwendungen, da es nicht durch andere chemische Elemente ersetzt werden kann.

Lösliche Dysprosiumsalze weisen eine leichte Toxizität auf, während unlösliche Salze als ungiftig gelten.

Geschichte entdecken

Entdeckt von: L. Boisbaudran, Franzose

1886 in Frankreich entdeckt

Nachdem sich Mossander getrennt hatteErbiumErde undTerbiumUm 1842 Erde aus Yttriumerde zu trennen, nutzten viele Chemiker die Spektralanalyse, um zu identifizieren und festzustellen, dass es sich nicht um reine Oxide eines Elements handelte, was die Chemiker dazu ermutigte, die Trennung fortzusetzen. Sieben Jahre nach der Trennung von Holmium, im Jahr 1886, teilte Bouvabadrand es in zwei Hälften und behielt Holmium, das andere namens Dysprosium, mit dem Elementsymbol Dy. Dieses Wort kommt vom griechischen Wort dysprositos und bedeutet „schwer zu bekommen“. Mit der Entdeckung von Dysprosium und anderen Seltenerdelementen ist die andere Hälfte der dritten Phase der Entdeckung von Seltenerdelementen abgeschlossen.

Elektronenkonfiguration

Elektronisches Layout:

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

Isotop

In seinem natürlichen Zustand besteht Dysprosium aus sieben Isotopen: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy und 164Dy. Diese gelten alle als stabil, trotz eines 156Dy-Zerfalls mit einer Halbwertszeit von über 1 * 1018 Jahren. Unter den natürlich vorkommenden Isotopen kommt 164Dy mit 28 % am häufigsten vor, gefolgt von 162Dy mit 26 %. Am wenigsten ausreichend ist 156Dy, 0,06 %. Außerdem wurden 29 radioaktive Isotope synthetisiert, deren Atommasse zwischen 138 und 173 liegt. Das stabilste ist 154Dy mit einer Halbwertszeit von etwa 3106 Jahren, gefolgt von 159Dy mit einer Halbwertszeit von 144,4 Tagen. Am instabilsten ist 138 Dy mit einer Halbwertszeit von 200 Millisekunden. 154Dy wird hauptsächlich durch Alpha-Zerfall verursacht, während 152Dy- und 159Dy-Zerfall hauptsächlich durch Elektroneneinfang verursacht werden.

Metall

Dysprosium hat einen metallischen Glanz und einen hellen Silberglanz. Es ist recht weich und kann ohne Funkenbildung bearbeitet werden, sofern eine Überhitzung vermieden wird. Die physikalischen Eigenschaften von Dysprosium werden bereits durch geringe Mengen an Verunreinigungen beeinträchtigt. Dysprosium und Holmium haben die höchste magnetische Stärke, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Ein einfacher Dysprosium-Ferromagnet geht bei Temperaturen unter 85 K (-188,2 C) und über 85 K (-188,2 C) in einen helikalen antiferromagnetischen Zustand über, in dem alle Atome zu einem bestimmten Zeitpunkt parallel zur unteren Schicht sind und benachbarten Schichten in einem festen Winkel gegenüberstehen . Dieser ungewöhnliche Antiferromagnetismus geht bei 179 K (-94 °C) in einen ungeordneten (paramagnetischen) Zustand über.

Anwendung:

(1) Als Zusatz zu Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten kann die Zugabe von etwa 2–3 % Dysprosium zu diesem Magnettyp seine Koerzitivfeldstärke verbessern. In der Vergangenheit war die Nachfrage nach Dysprosium nicht hoch, aber mit der steigenden Nachfrage nach Neodym-Eisen-Bor-Magneten wurde es mit einem Gehalt von etwa 95–99,9 % zu einem notwendigen Zusatzelement, und auch die Nachfrage steigt rapide an.

(2) Dysprosium wird als Aktivator für Leuchtstoffe verwendet, und dreiwertiges Dysprosium ist ein vielversprechendes aktivierendes Ion für dreifarbige Lumineszenzmaterialien mit einem Emissionszentrum. Es besteht hauptsächlich aus zwei Emissionsbändern, einer ist die gelbe Emission und die andere ist die blaue Emission. Als Tricolor-Leuchtstoffe können mit Dysprosium dotierte Leuchtstoffe eingesetzt werden.

(3) Dysprosium ist ein notwendiger Metallrohstoff für die Herstellung der großen magnetostriktiven Legierung Terfenol, die die Erzielung präziser mechanischer Bewegungen ermöglichen kann.

(4)Dysprosiummetall kann als magnetooptisches Speichermaterial mit hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit und Leseempfindlichkeit verwendet werden.

(5) Zur Herstellung von Dysprosiumlampen wird als Arbeitsstoff in Dysprosiumlampen Dysprosiumiodid verwendet. Dieser Lampentyp bietet Vorteile wie hohe Helligkeit, gute Farbe, hohe Farbtemperatur, geringe Größe und stabilen Lichtbogen. Es wurde als Lichtquelle für Filme, Drucke und andere Beleuchtungsanwendungen verwendet.

(6) Aufgrund der großen Neutroneneinfangquerschnittsfläche des Dysprosiumelements wird es in der Atomenergieindustrie zur Messung von Neutronenspektren oder als Neutronenabsorber verwendet.

(7) Dy3Al5O12 kann auch als magnetischer Arbeitsstoff für die magnetische Kühlung verwendet werden. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie werden die Anwendungsgebiete von Dysprosium weiter erweitert und erweitert.

(8) Nanofasern aus Dysprosiumverbindungen haben eine hohe Festigkeit und Oberfläche, sodass sie zur Verstärkung anderer Materialien oder als Katalysatoren verwendet werden können. Durch 17-stündiges Erhitzen einer wässrigen Lösung aus DyBr3 und NaF bei 450 bar Druck auf 450 °C können Dysprosiumfluoridfasern entstehen. Dieses Material kann in verschiedenen wässrigen Lösungen mehr als 100 Stunden lang verbleiben, ohne dass es sich bei Temperaturen über 400 °C auflöst oder aggregiert.

(9) Wärmeisolierende Entmagnetisierungskühlschränke verwenden bestimmte paramagnetische Dysprosiumsalzkristalle, darunter Dysprosium-Gallium-Granat (DGG), Dysprosium-Aluminium-Granat (DAG) und Dysprosium-Eisen-Granat (DyIG).

(10) Dysprosium-Cadmiumoxid-Gruppenelementverbindungen sind Infrarotstrahlungsquellen, die zur Untersuchung chemischer Reaktionen verwendet werden können. Dysprosium und seine Verbindungen haben starke magnetische Eigenschaften, wodurch sie in Datenspeichergeräten wie Festplatten nützlich sind.

(11) Der Neodymanteil von Neodym-Eisen-Bor-Magneten kann durch Dysprosium ersetzt werden, um die Koerzitivfeldstärke zu erhöhen und die Hitzebeständigkeit der Magnete zu verbessern. Es wird in Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen eingesetzt, beispielsweise in Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuge. Autos, die diesen Magnettyp verwenden, können bis zu 100 Gramm Dysprosium pro Fahrzeug enthalten. Laut Toyotas geschätztem Jahresabsatz von 2 Millionen Fahrzeugen wird das weltweite Angebot an Dysprosiummetall bald erschöpft sein. Durch Dysprosium ersetzte Magnete weisen außerdem eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.

(12) Dysprosiumverbindungen können als Katalysatoren in der Ölraffinerie und der chemischen Industrie eingesetzt werden. Wenn Dysprosium als Strukturförderer in einem Ferrioxid-Ammoniak-Synthesekatalysator zugesetzt wird, können die katalytische Aktivität und die Hitzebeständigkeit des Katalysators verbessert werden. Dysprosiumoxid kann als hochfrequentes dielektrisches Keramikkomponentenmaterial mit einer Struktur aus Mg0-Ba0-Dy0n-Ti02 verwendet werden, das für dielektrische Resonatoren, dielektrische Filter, dielektrische Diplexer und Kommunikationsgeräte verwendet werden kann.