ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტი: დისპროზიუმი

დისპროზიუმი,სიმბოლო Dy და ატომური ნომერი 66. ეს არისიშვიათმიწა ელემენტიმეტალის ბზინვარებით. დისპროზიუმი ბუნებაში არასოდეს აღმოჩენილა ცალკეული ნივთიერების სახით, თუმცა ის სხვადასხვა მინერალში, მაგალითად იტრიუმის ფოსფატში, არსებობს.

ქერქში დისპროზიუმის შემცველობა 6 ppm-ია, რაც უფრო დაბალია, ვიდრე

იტრიუმიმძიმე იშვიათმიწა ელემენტებში. იგი შედარებით უხვად ითვლება მძიმე

იშვიათმიწა ელემენტია და მისი გამოყენების კარგ რესურსულ საფუძველს ქმნის.

დისპროზიუმი ბუნებრივ მდგომარეობაში შვიდი იზოტოპისგან შედგება, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია 164Dy.

დისპროზიუმი თავდაპირველად პოლ აშილეკ დე ბოსპოლანდმა 1886 წელს აღმოაჩინა, თუმცა მისი სრული იზოლაცია მხოლოდ 1950-იან წლებში იონური გაცვლის ტექნოლოგიის შემუშავების შემდეგ მოხდა. დისპროზიუმს შედარებით მცირე გამოყენება აქვს, რადგან მისი სხვა ქიმიური ელემენტებით ჩანაცვლება შეუძლებელია.

ხსნად დისპროზიუმის მარილებს აქვთ მცირე ტოქსიკურობა, ხოლო უხსნად მარილებს არატოქსიკურებად მიიჩნევენ.

ისტორიის აღმოჩენა

აღმოაჩინა: ლ. ბუაბოდრანმა, ფრანგმა

აღმოაჩინეს 1886 წელს საფრანგეთში.

მოსანდერის განშორების შემდეგერბიუმიდედამიწა დატერბიუმი1842 წელს იტრიუმის დედამიწისგან დედამიწის გამოყოფის შემდეგ, ბევრმა ქიმიკოსმა გამოიყენა სპექტრული ანალიზი იმის დასადგენად და დასადგენად, რომ ისინი არ წარმოადგენდნენ ელემენტის სუფთა ოქსიდებს, რამაც ქიმიკოსებს მათი გამოყოფის გაგრძელებისკენ უბიძგა. ჰოლმიუმის გამოყოფიდან შვიდი წლის შემდეგ, 1886 წელს, ბუვაბადრანმა ის შუაზე გაყო და ჰოლმიუმი შეინარჩუნა, მეორეს კი დისპროზიუმი უწოდა, ელემენტარული სიმბოლოთი Dy. ეს სიტყვა მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან dysprositos და ნიშნავს „ძნელად მოსაპოვებელს“. დისპროზიუმის და სხვა იშვიათმიწა ელემენტების აღმოჩენით, იშვიათმიწა ელემენტების აღმოჩენის მესამე ეტაპის მეორე ნახევარი დასრულდა.

ელექტრონული კონფიგურაცია

ელექტრონული განლაგება:

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

იზოტოპი

ბუნებრივ მდგომარეობაში დისპროზიუმი შვიდი იზოტოპისგან შედგება: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy და 164Dy. ესენი ყველა სტაბილურად ითვლება, მიუხედავად 156Dy დაშლისა, რომლის ნახევარდაშლის პერიოდი 1 * 1018 წელზე მეტია. ბუნებრივად არსებული იზოტოპებიდან ყველაზე გავრცელებულია 164Dy 28%-ით, შემდეგ მოდის 162Dy 26%-ით. ყველაზე ნაკლებად საკმარისია 156Dy, 0.06%. ასევე სინთეზირებულია 29 რადიოაქტიური იზოტოპი, ატომური მასის მიხედვით 138-დან 173-მდე. ყველაზე სტაბილურია 154Dy დაახლოებით 3106 წლიანი ნახევარდაშლის პერიოდით, შემდეგ მოდის 159Dy 144.4 დღიანი ნახევარდაშლის პერიოდით. ყველაზე არასტაბილურია 138 Dy, რომლის ნახევარდაშლის პერიოდი 200 მილიწამია. 154Dy ძირითადად ალფა დაშლით არის გამოწვეული, ხოლო 152Dy და 159Dy დაშლა ძირითადად ელექტრონების მიტაცებით არის გამოწვეული.

ლითონი

დისპროზიუმს აქვს მეტალისებრი და კაშკაშა ვერცხლისფერი ბზინვარება. ის საკმაოდ რბილია და მისი დამუშავება შესაძლებელია ნაპერწკლების გარეშე, თუ თავიდან ავიცილებთ გადახურებას. დისპროზიუმს ფიზიკურ თვისებებზე გავლენას ახდენს მინარევების მცირე რაოდენობაც კი. დისპროზიუმს და ჰოლმიუმს აქვთ ყველაზე მაღალი მაგნიტური სიძლიერე, განსაკუთრებით დაბალ ტემპერატურაზე. მარტივი დისპროზიუმის ფერომაგნიტი სპირალურ ანტიფერომაგნიტურ მდგომარეობაში გადადის 85 K-ზე (-188.2 C) დაბალ და 85 K-ზე (-188.2 C) მაღალ ტემპერატურაზე, სადაც ყველა ატომი კონკრეტულ მომენტში ქვედა ფენის პარალელურია და მიმდებარე ფენებისკენ ფიქსირებული კუთხითაა მიმართული. ეს უჩვეულო ანტიფერომაგნეტიზმი 179 K-ზე (-94 C) გარდაიქმნება არეულ (პარამაგნიტურ) მდგომარეობაში.

გამოყენება:

(1) ნეოდიმი-რკინა-ბორის მუდმივი მაგნიტების დანამატის სახით, ამ ტიპის მაგნიტში დაახლოებით 2-3% დისპროზიუმის დამატებამ შეიძლება გააუმჯობესოს მისი კოერციულობა. წარსულში დისპროზიუმის მოთხოვნა მაღალი არ იყო, მაგრამ ნეოდიმი-რკინა-ბორის მაგნიტებზე მოთხოვნის ზრდასთან ერთად, ის აუცილებელი დანამატი ელემენტი გახდა, დაახლოებით 95-99.9%-იანი შემცველობით და მოთხოვნაც სწრაფად იზრდება.

(2) დისპროზიუმი გამოიყენება ფოსფორების აქტივატორად, ხოლო სამვალენტიანი დისპროზიუმი წარმოადგენს პერსპექტიულ აქტივატორ იონს ერთფეროვანი ემისიის ცენტრის მქონე სამფეროვანი ლუმინესცენტური მასალებისთვის. იგი ძირითადად შედგება ორი ემისიის ზოლისგან, ერთი ყვითელი ემისია, ხოლო მეორე ლურჯი. დისპროზიუმით დოპირებული ლუმინესცენტური მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამფეროვან ფოსფორებად.

(3) დისპროზიუმი აუცილებელი ლითონის ნედლეულია დიდი მაგნიტოსტრიქციული შენადნობის, ტერფენოლის, მოსამზადებლად, რომელიც საშუალებას იძლევა ზუსტი მექანიკური მოძრაობების მისაღწევად.

(4)დისპროზიუმის ლითონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მაგნიტო-ოპტიკური შესანახი მასალა მაღალი ჩაწერის სიჩქარით და კითხვის მგრძნობელობით.

(5) დისპროზიუმის ნათურების დასამზადებლად, დისპროზიუმის ნათურებში გამოყენებული სამუშაო ნივთიერებაა დისპროზიუმის იოდიდი. ამ ტიპის ნათურას აქვს ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი სიკაშკაშე, კარგი ფერი, მაღალი ფერის ტემპერატურა, მცირე ზომა და სტაბილური რკალი. იგი გამოიყენება როგორც განათების წყარო ფილმების, ბეჭდვისა და სხვა განათების აპლიკაციებისთვის.

(6) დისპროზიუმის ელემენტის ნეიტრონების დაჭერის დიდი განივი ფართობის გამო, იგი გამოიყენება ატომური ენერგიის ინდუსტრიაში ნეიტრონული სპექტრების გასაზომად ან ნეიტრონების შთამნთქმელად.

(7) Dy3Al5O12 ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც მაგნიტური სამუშაო ნივთიერება მაგნიტური მაცივრებისთვის. მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, დისპროზიუმის გამოყენების სფეროები კვლავაც გაფართოვდება და გაფართოვდება.

(8) დისპროზიუმის ნაერთის ნანოფიბრებს აქვთ მაღალი სიმტკიცე და ზედაპირის ფართობი, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია სხვა მასალების გასამაგრებლად ან კატალიზატორებად. DyBr3-ისა და NaF-ის წყალხსნარის 450 ბარი წნევის დროს 17 საათის განმავლობაში 450°C-მდე გაცხელებით შესაძლებელია დისპროზიუმის ფტორიდის ბოჭკოების წარმოქმნა. ეს მასალა შეიძლება დარჩეს სხვადასხვა წყალხსნარში 100 საათზე მეტი ხნის განმავლობაში გახსნის ან აგრეგაციის გარეშე 400°C-ზე მეტ ტემპერატურაზე.

(9) თბოიზოლაციის დემაგნეტიზაციის მაცივრები იყენებენ პარამაგნიტურ დისპროზიუმის მარილის გარკვეულ კრისტალებს, მათ შორის დისპროზიუმის გალიუმის ძოწეულს (DGG), დისპროზიუმის ალუმინის ძოწეულს (DAG) და დისპროზიუმის რკინის ძოწეულს (DyIG).

(10) დისპროზიუმ-კადმიუმის ოქსიდის ჯგუფის ელემენტის ნაერთები ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროებია, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია ქიმიური რეაქციების შესასწავლად. დისპროზიუმს და მის ნაერთებს აქვთ ძლიერი მაგნიტური თვისებები, რაც მათ გამოსადეგს ხდის მონაცემთა შენახვის მოწყობილობებში, როგორიცაა მყარი დისკები.

(11) ნეოდიმიური რკინისა და ბორის მაგნიტების ნეოდიმიური ნაწილის შეცვლა შესაძლებელია დისპროზიუმით, რათა გაიზარდოს კოერციულობა და გაუმჯობესდეს მაგნიტების თბოგამძლეობა. ის გამოიყენება მაღალი წარმადობის მოთხოვნილებების მქონე აპლიკაციებში, როგორიცაა ელექტრომობილების ძრავები. ამ ტიპის მაგნიტის გამოყენებით მომუშავე ავტომობილები შეიძლება შეიცავდეს 100 გრამამდე დისპროზიუმს თითოეულ ავტომობილზე. Toyota-ს წლიური გაყიდვების სავარაუდო 2 მილიონი ავტომობილის მიხედვით, ის მალე ამოწურავს დისპროზიუმის ლითონის გლობალურ მარაგს. დისპროზიუმით ჩანაცვლებულ მაგნიტებს ასევე აქვთ მაღალი კოროზიისადმი მდგრადობა.

(12) დისპროზიუმის ნაერთების გამოყენება შესაძლებელია როგორც კატალიზატორები ნავთობგადამამუშავებელ და ქიმიურ მრეწველობაში. თუ ფერიოქსიდის ამიაკის სინთეზის კატალიზატორში სტრუქტურულ პრომოტორად დისპროზიუმს დავამატებთ, კატალიზატორის კატალიზური აქტივობა და თბომდგრადობა შეიძლება გაუმჯობესდეს. დისპროზიუმის ოქსიდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მაღალი სიხშირის დიელექტრული კერამიკული კომპონენტის მასალა, Mg0-Ba0-Dy0n-Ti02 სტრუქტურით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას დიელექტრიკული რეზონატორებისთვის, დიელექტრიკული ფილტრებისთვის, დიელექტრიკული დიპლექსორებისთვის და საკომუნიკაციო მოწყობილობებისთვის.