Dysprosi

Vật lý

Dysprosi là kim loại đất hiếm, có ánh màu bạc sáng hay xám bạc kim loại. Nó đủ mềm để cắt bằng dao và có thể được gia công cơ khí không gây đánh lửa nếu tránh không tăng nhiệt quá cao. Các đặc trưng vật lý của dysprosi có thể bị thay đổi mạnh nếu có lẫn dù chỉ một lượng nhỏ tạp chất. Dysprosi dễ dàng bị ôxi hóa và vì thế được sử dụng ở dạng nguyên tố chỉ trong các mục đích nghiên cứu. Chẳng hạn, các nguyên tử Dy riêng lẻ được cô lập bằng cách cấy chúng vào các phân tử fulleren.
Dysprosi và holmi có cường độ từ lớn nhất trong số mọi nguyên tố, đặc biệt khi ở các nhiệt độ thấp. Dysprosi có trật tự sắt từ đơn giản ở nhiệt độ dưới 85 K. Trên 85 K, nó trở thành trạng thái phản sắt từ xoắn ốc trong đó mọi mômen nguyên tử trong một lớp phẳng cơ sở cụ thể là song song và định hướng ở góc cố định với các mômen của các lớp cận kề. Hiện tượng phản sắt từ bất thường này chuyển thành trạng thái thuận từ (không trật tự) ở 179 K.

Lịch sử

Năm 1878, quặng erbi được tìm thấy có chứa các ôxít của 2 nguyên tố đất hiếm: holmi và thuli. Nhà hóa học người Pháp Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, khi làm việc với ôxít holmi, đã tách từ nó ra được ôxít dysprosi tại Paris vào năm 1886. Quy trình của ông để cô lập dysprosi bao gồm hòa tan ôxít dysprosi trong axít, sau đó bổ sung ammoniac để kết tủa hiđrôxít. Ông chỉ có thể cô lập được dysprosi từ ôxít của nó sau trên 30 lần thử theo quy trình này. Khi thành công, ông đặt tên cho nguyên tố là dysprosium, từ tiếng Hy Lạp dysprositos có nghĩa là "khó thu được". Tuy nhiên, nguyên tố đã không được cô lập ở dạng tương đối tinh khiết cho tới khi có sự phát triển của các kỹ thuật trao đổi ion do Frank Spedding tại Đại học bang Iowa đề xuất trong đầu thập niên 1950.
Năm 1950, Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso và Stanley G. Thompson thực hiện việc tấn công các nguyên tử Am²⁴¹ bằng các ion hêli, tạo ra các nguyên tử có số nguyên tử bằng 97 và là tương tự với terbi trong nhóm Lantan. Do terbi được đặt tên theo làng Ytterby, nơi nó và một vài nguyên tố khác được phát hiện, nên nguyên tố mới này được đặt tên là berkeli theo thành phố (Berkeley) nơi nó được tổng hợp. Tuy nhiên, khi nhóm nghiên cứu tổng hợp nguyên tố số 98, họ không thể nghĩ ra một tên tương ứng với dysprosi, và thay vì thế đặt tên nguyên tố là californi để vinh danh bang nơi nó được tổng hợp. Nhóm nghiên cứu đi tới kết luận là "chỉ ra rằng, để thừa nhận thực tế rằng dysprosi được đặt tên trên cơ sở của từ trong tiếng Hy Lạp nghĩa là 'khó thu được', rằng các nhà nghiên cứu của nguyên tố kia một thế kỷ trước đó thấy rằng nó khó có thể nhận tên gọi theo California.".

Phổ biến

Dysprosi không ở dạng tự do trong tự nhiên, nhưng có trong nhiều khoáng vật, như xenotim, fergusonit, gadolinit, euxenit, polycras, blomstrandin, monazit và bastnasit; thường với erbi và holmi hay các nguyên tố đất hiếm khác. Hiện nay, phần lớn dysprosi thu được từ các quặng đất sét hấp phụ ion tại miền nam Trung Quốc. Trong các loại quặng giàu yttri thì dysprosi là phổ biến nhất trong số các nguyên tố nhóm Lantan nặng, chiếm khoảng 7–8% (so với khoảng 65% là yttri). Hàm lượng Dy trong lớp vỏ Trái Đất là khoảng 5,2 mg/kg và trong nước biển là khoảng 0,9 ng/L.

Ứng dụng

Dysprosi được sử dụng, kết hợp với vanadi và các nguyên tố khác, để chế tạo vật liệu laser. Do tiết diện hấp thụ nơtron nhiệt cao của dysprosi, các cermet của ôxít dysprosi-niken được sử dụng trong các thanh kiểm soát hấp thụ nơtron của các lò phản ứng hạt nhân. Các chalcogen dysprosi-cadmi là nguồn bức xạ hồng ngoại hữu ích trong nghiên cứu các phản ứng hóa học. Do dysprosi và các hợp chất của nó có độ cảm từ cao nên chúng được sử dụng trong nhiều loại thiết bị lưu trữ dữ liệu, như trong các đĩa CD.
Các nam châm neodymi-sắt-bo có thể chứa tới 6% neodymi được thay thế bằng dysprosi để nâng cao độ kháng từ cho các ứng dụng có nhu cầu như các động cơ dẫn lái cho các dạng xe điện lai ghép. Sự thay thế này có thể đòi hỏi tới 100 gam dysprosi trên mỗi chiếc xe điện lai ghép được sản xuất. Chỉ dựa trên mỗi dự án của Toyota với công suất 2 triệu chiếc mỗi năm, thì việc sử dụng dysprosi trong những ứng dụng như vậy đã có thể nhanh chóng làm cạn kiệt nguồn cung cấp kim loại này. Sự thay thế bằng dysprosi cũng có thể là hữu ích trong các ứng dụng khác, do nó cải thiện khả năng kháng ăn mòn của nam châm.
Dysprosi là một trong các thành phần của Terfenol-D, cùng với sắt và terbi. Ở nhiệt độ phòng, Terfenol-D có độ kháng từ cao nhất trong số các vật liệu đã biết, tính chất này được sử dụng trong các máy biến năng, các thiết bị cộng hưởng cơ học phổ rộng và các kim phun nhiên liệu lỏng độ chính xác cao.
Dysprosi được sử dụng trong các máy đo liều lượng để đo đạc lượng bức xạ ion hóa. Các tinh thể sulfat canxi hay florua canxi được kích thích bằng dysprosi. Khi các tinh thể này được đặt vào trong nguồn bức xạ, các nguyên tử dysprosi bị kích hoạt và phát sáng. Sự phát quang này có thể đo đạc được để xác định mức độ phơi nhiễm mà thiết bị đo liều lượng đang hứng chịu.
Các sợi nano chứa các hợp chất của dysprosi có diện tích bề mặt lớn và sức bền cao; vì thế, chúng có thể được sử dụng để gia cố các vật liệu khác và làm chất xúc tác. Các sợi florua ôxít dysprosi có thể tạo ra bằng cách đốt nóng dung dịch lỏng chứa DyBr và NaF tới 450 °C ở áp suất 450 barơ trong 17 giờ. Vật liệu này có độ bền đáng kể, tồn tại trên 100 giờ trong các dung dịch lỏng khác nhau ở nhiệt độ trên 400 °C mà không bị hòa tan hay bị kết tập.

Phòng ngừa

Giống như nhiều chất bột khác, bột dysprosi có thể có nguy hiểm cháy nổ khi trộn lẫn với không khí và có mặt nguồn kích cháy. Các lá dysprosi mỏng cũng có thể bị kích cháy bằng tia lửa hay tĩnh điện. Lửa do dysprosi cháy không thể dập tắt bằng nước do nó có thể phản ứng với nước để tạo ra khí hiđrô dễ cháy. Tuy nhiên, các đám cháy do clorua dysprosi, lại có thể dập tắt bằng nước trong khi florua dysprosi và ôxít dysprosi là các chất không cháy. Nitrat dysprosi, Dy(NO₃)₃, là một tác nhân ôxi hóa mạnh và dễ dàng bắt cháy khi tiếp xúc với các chất hữu cơ.
Các muối dysprosi hòa tan, như clorua dysprosi và nitrat dysprosi, là hơi độc khi nuốt phải. Tuy nhiên, các muối không hòa tan là không độc. Dựa trên độ độc của clorua dysprosi đối với chuột, người ta ước tính rằng việc nuốt phải từ 500 gam hoặc nhiều hơn có thể dẫn tới tử vong ở người