Erbi

Tính chất vật lý

Nguyên tố kim loại erbi tinh khiết hóa trị 3 dễ uốn (hoặc dễ định hình), mềm ổn định trong không khí, và không bị ôxy hóa nhanh như những kim loại đất hiếm khác. Các muối của nó có màu hồng, và nguyên tố này có các dãi phổ hấp thụ đặc trưng đối với ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, và hồng ngoại gần. Các tính chất còn lại giống với hầu hết các nguyên tố đất hiếm khác. Its Setquioxyt của nó được gọi là erbia. Các tính chất của Erbi đặc trưng bởi số lượng và loại tạp chất có mặt trong nó. Erbi chưa thấy có bất kỳ vai trò sinh học nào, nhưng người ta cho rằng nó có thể kích thích trao đổi chất.
Erbi có tính sắt từ dưới 19 K, phản sắt từ giữa 19 và 80 K, và thuận từ trên 80 K.
Erbi có thể tạo thành các cụm nguyên tử Er₃N hình cánh quạt, với khoảng cách giữa các nguyên tử erbi là 0,35 nm. Các cụm này có thể được cô lập bằng cách gộp chúng vào trong các phân tử fullerene, được xác nhận bằng kính hiển vi điện tử truyền qua.

Lịch sử

Erbi được Carl Gustaf Mosander phát hiện năm 1843. Mosander đã tách "yttria" từ khoáng vật gadolinit thành 3 phần gọi là yttria, erbia, và terbia. Ông đã đặt tên nguyên tố mới theo tên làng Ytterby, nơi có hàm lượng yttria và erbi tập trung nhiều. Tuy nhiên, erbia và terbia đã bị nhẫm lẫn vào thời điểm đó. Sau năm 1860, terbia được đổi tên thành erbia và sau năm 1877 nguyên tố được cho là erbia đã được đổi tên thành terbia. Er₂O₃ khá tinh khiết được tách ra một cách độc lập vào năm 1905 bởi Georges Urbain và Charles James. Kim loại nguyên chất đã không được tạo ra một cách hợp lý mãi cho đến năm 1934 khi Klemm và Bommer khử clorua khan bằng hơi kali. Chỉ trong thập niên 1990 giá erbi ôxít từ Trung Quốc giảm thấp đến mức erbi được dùng làm kính màu nghệ thuật.

Phân bố

Nồng độ erbi trong vỏ Trái Đất chiếm khoảng 2,8 mg/kg và trong nước biển là 0,9 ng/L. Với nồng độ này, nó được xếp thứ 45 về độ phong phú của các nguyên tố trong vỏ Trái Đất, và phổ biến hơn nguyên tố thường gặp là chì.
Giống như các nguyên tố đất hiếm khác, nguyên tố này không bao giờ có mặt trong tự nhiên ở dạng tự do (tự sinh), nó được tìm thấy phổ biến trong các quặng cát monazit. Về mặt lịch sử, nó rất khó và đắt để tách ra khỏi các nguyên tố đất hiếm khác trong các quặng của chúng, nhưng công nghệ trao đổi ion đã phát triển vào cuối thế kỷ 20 đã làm giảm chi phí sản xuất của tất cả kim loại đất hiếm và các hợp chất hóa học của chúng.
Các nguồn erbi thương mại chủ yếu từ các khoáng vật xenotim và euxenit, và gần đây, trong sét hấp phụ ion ở miền nam Trung Quốc; hệ quả là ngày nay Trung Quốc trở thành nhà cung cấp chủ yếu nguyên tố này trên toàn cầu. Trong các loại mỏ hàm lượng yttri cao này, yttri chiếm khoảng 2/3 tổng khối lượng và erbia chiếm khoảng 4-5%. Khi các quặng này hòa tan trong axit, erbia sinh ra đủ ion để tạo ra màu hồng đặc trưng cho dung dịch. Màu này tương tự như những gì Mosander và những người nghiên cứu trước đây về nhóm lantan đã thấy trong các chiết tách của họ từ khoáng vật gadolinit ở Ytterby.

Sản xuất

Các khoáng vật được nghiền mịn cho phản ứng với axit clohydric hoặc axit sulfuric để chuyển các oxit đấy hiếm không hòa tan thành các clorua hoặc sulfat hòa tan. Nước lọc axit được trung hòa từng phần bằng natri hydroxit có pH 3-4. Thori kết tủa ở dạng hydroxit và được tách ra. Sau đó dung dịch được xử lý với ammoni oxalat để chuyển các đất hiếm thành các dạng oxalat không hòa tan tương ứng. Các oxalat được chuyển thành ôxit bằng cách xử lý nhiệt. Các ôxit được hòa tan trong axit nitric không bao gồm một trong các thành phần chính là ceri, do ôxit của nó không hòa tan trong HNO₃. Sau đó dung dịch được xử lý bằng magie nitrat để tạo ra hỗn hợp muối kép kết tinh của các kim loại đất hiếm. Các muối này được tách ra bằng trao đổi ion. Trong quá trình này, các ion đất hiếm được hấp thụ vào loại nhữa trao đổi ion thích hợp qua trao đổi với các ion hydro, ammoniac hoặc đồng có mặc trong nhựa. Các ion đất hiếm sau đó được rửa chọn lọc ra khỏi nhựa bở các chất phức phù hợp. Kim loại Erbi thu được từ các ôxit và muối của nó bằng cách nung với canxi ở 1450 °C trong môi trường argon.