Диспрозий

Диспро́зий (химический символ — Dy, от ) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 66.

Относится к семейству лантаноидов.

Простое вещество диспрозий — это редкоземельный серебристо-серый металл. В чистом виде в природе не встречается, однако входит в состав некоторых минералов, например, ксенотима.

Свойства

Физические 
Полная электронная конфигурация атома диспрозия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f10.

Диспрозий — это серебристо-серый металл. Не радиоактивен. Является ферромагнетиком.

Ниже 1384 °C устойчив, α-модификация с гексагональной плотноупакованной решёткой.

Температура плавления — 1407 °C, кипения — 2567 °C. Плотность 8551 кг/м3. Точка Кюри 88,3 К.

Химические 
В соединениях проявляет степень окисления +3. Металлический диспрозий медленно окисляется на воздухе при температуре 20 °C.

При нагревании металлический диспрозий реагирует с галогенами, азотом, водородом. Взаимодействует с минеральными кислотами (кроме HF), образуя соли Dy (III), не взаимодействует с растворами щелочей.

История 
В 1878 году было обнаружено, что в рудах эрбия содержатся оксиды гольмия и тулия. В 1886 году в Париже французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран, работая с оксидом гольмия, отделил от него оксид диспрозия. Его процедура выделения диспрозия включала растворение оксида диспрозия в кислоте, а затем добавление аммиака для осаждения гидроксида. Он смог изолировать диспрозий от его оксида только после более чем 30 попыток. После успеха он назвал элемент диспрозием от греческого диспрозитос (), что означает «трудно получить».
Элемент не был выделен в относительно чистой форме до тех пор, пока в начале 1950-х годов Фрэнк Спеддинг из Университета штата Айова не разработал методы ионного обмена.

Из-за его применения в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин, утверждалось, что диспрозий будет одним из главных объектов геополитической конкуренции в мире, в сфере возобновляемых источников энергии. Но эта точка зрения подверглась критике за то, что она не учла, что большинство ветряных турбин не используют постоянные магниты, а также за недооценку силы экономических стимулов для расширения производства.

Нахождение в природе 

Кларк диспрозия в земной коре (по Тэйлору) — 5 г/т, содержание в воде океанов — 2,9.
Вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов гадолинита, ксенотима, монацита, апатита, бастензита и других.

Месторождения 
Диспрозий добывается в месторождениях лантаноидов, наиболее значительные из которых находятся в Китае, США, Вьетнаме, Афганистане, России (Кольский полуостров), Киргизии, Австралии, Бразилии, Индии.
Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии.

Изотопы 

Естественный диспрозий состоит из 7 стабильных изотопов: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy и 164Dy; 164Dy является наиболее распространённым (28,26 % естественного диспрозия). Описаны 29 радиоизотопов, наиболее стабильны из которых 154Dy с периодом полураспада 3 000 000 лет, 159Dy с периодом полураспада 144,4 суток, 166Dy с периодом полураспада 81,6 часа. У остальных радиоактивных изотопов период полураспада менее 10 часов. Диспрозий имеет также 12 ядерных изомеров, наиболее стабильный из которых 165mDy с периодом полураспада 1,257 мин.

Получение 
Диспрозий получают восстановлением DyCl3 или DyF3 кальцием, натрием или литием.

Цены 
Цены на металлический диспрозий в слитках чистотой 99—99,9 % в 2008 году составляли 180—250 долларов за 1 кг (260—360 евро/кг).

В 2014 году 10 грамм диспрозия чистотой 99,9 % можно было купить за 114 евро (11400 евро/кг).
За 2010-е годы  стоимость диспрозия выросла на 2000 %.

Применение 
 Металлургия. Диспрозий служит легирующим компонентом цинковых сплавов. Добавление диспрозия к цирконию резко улучшает его технологичность (но увеличивает сечение захвата тепловых нейтронов). Так, легированный диспрозием цирконий легко поддается обработке давлением (прессование прутков).
 Лазерные материалы. Ионы диспрозия применяются в медицинских лазерах (длина волны — ).
 Катализаторы. Применяется в качестве эффективного катализатора.
 Ядерная энергетика. Диспрозий применяется в атомной технике (борид, борат, оксид, гафнат, титанат) как активно захватывающий нейтроны материал (покрытия, эмали, краски, регулирующие стержни), сечение захвата природной смеси изотопов около 930 барн, а самыми активными в природной смеси изотопов к захвату нейтронов являются диспрозий-161 (585 барн) и диспрозий-164 (2700 барн). Например, в регулирующих стержнях реакторов ВВЭР-1000 применяется титанат диспрозия, однако лишь в качестве дополнения, основная часть стержня заполнена карбидом бора. Эффективность поглощения у титаната диспрозия меньше, чем у бора, но на диспрозии поглощаются нейтроны с вылетом только гамма-квантов, без испускания альфа-частиц, поэтому это вещество не распухает.
 Гигантский магнитострикционный эффект. Сплав диспрозий-железо, в поликристаллическом и особенно в монокристаллическом виде применяется как мощный магнитострикционный материал.
 Термоэлектрические материалы. Термо-ЭДС монотеллурида диспрозия — около 15—20 мкВ/К.
 Электроника. Ортоферрит диспрозия ограниченно находит применение в электронике.
 Магнитные материалы. Оксид диспрозия применяется в производстве сверхмощных магнитов.
 Источники света. Диспрозий применяется для производства осветительных металлогалогеновых ламп со спектром, близким к солнечному. Dy2O3 используют как компонент люминофоров красного свечения.

Биологическая роль 
Биологической роли не несёт. Металлическая пыль диспрозия раздражает лёгкие.

Примечания

Ссылки 

 Диспрозий на Webelements
 Диспрозий в Популярной библиотеке химических элементов
 Учебное видео о диспрозии

Химические элементы
Лантаноиды
Ферромагнетики