ერბიუმი

ერბიუმიდოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 262 (; ქიმიური სიმბოლო — Er) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 68, ატომური მასა — 167.26, tდნ — 1529 °C, tდუღ — 2868 °C, სიმკვრივე — 9.066 გ/სმ3. მოვერცხლისფრო ლითონი. ბუნებრივი ერბიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან. ხელოვნურად მიიღება ერბიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები.

 ისტორია 
ერბიუმი პირველად გამოყოფილ იქნა 1843 წელს შვედი ქიმიკოსის კარლ გუსტავ მოსანდერის მიერ, მინერალიდან რომელიც ნაპოვნი იქნა სოფელ იტერბიუს ახლოს.

 სახელწოდების წარმომავლობა 
კიდევ სამ (ტერბიუმი, იტერბიუმი და იტრიუმი) ქიმიურ ელემნტთან ერთად მიიღო სახელწოდება სოფელ  იტერბიუს პატივსაცემად, რომელიც კუნძულ რესარიოზეა, და სტოკჰოლმის არქიპელაგში მდებარეობს.

 ბუნებაში 

ერბიუმის კლარკი დედამიწის ქერქში არის (ტეილორის მიხედვით) 3,3 გრ/ტ, შემცველობა ოკეანის წყალში არის 2,4J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965.
სხვა მონაცემებით დედამიწის ქერქში ერბიუმის კონცენტრაცია დაახლოებით 2.8მგ/კგ-ია, ხოლო ზღვის წყლებში კი - 0.9ნგ/ლ, ეს კონცენტრაცია საკმარისია, რათა ერბიუმი ჩაითვალოს დედამიწის ქერქში გავრცელებით ორმოცდამეხუთე ელემენტად, უფრო გავრცელებულად ვიდრე კარგად ცნობილი ელემენტი - ტყვია.

იშვიათ მიწათა ელემენტების მსგავსად, ერბიუმი არასოდეს არ გვხვდება ბუნებაში თავისუფალი სახით. იგი გვხვდება მონაციტის საბადოებში. მისი გამოყოფა სხვა იშვიათ მიწათა ლითონებიდან საკმაოდ ძნელია, მაგრამ მე-20 საუკუნის მიწურულს, იონგაცვლითი ტექნოლოგიების განვითარებამ დაბლა დასწია იშვიათ მიწათა ლითონების და მათი ნაერთების წარმოების ფასი.ერბიუმის ძირითადი კომერციული წყაროა მინერალები: ქსენოთაიმი და ეუქსენიტი. ამჟამად,ამ ელემენტის ძირითადი მომწოდებელია ჩინეთი. ამ საბადოებში იტრიუმი არის წონით ორი მესამედი, ხოლო ერბიუმი კი დაახლოებით 4-5%-ია. როდესაც კონცენტრატი იხსნება მჟავაში, ერბიუმი გამოყოფს საკმარის ერბიუმის იონებს, რომლებიც ხსნარს აძლევენ ვარდისფერს.

 საბადოები 
ერბიუმი შედის ლანთანოიდების შემადგენლობაში, რომლებიც გვხვდება ძალიან იშვიათად. ლანთანოიდები გვხვდება აშშ, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ბრაზილიაში, ინდოეთში, სკანდინავიაში.

 მიღება 
ლითონური ერბიუმი მიიღება ერბიუმის ქლორიდის (ფტორიდის)  ErCl3 (ErF3) განალღვობის ელექტროლიზით, ასევე ამ მარილების კალციუმთერმული აღდგენით.
დაქუცმაცებულ მინერალებზე მოქმედებენ ქლორწყალბადით ან გოგირდმჟავათი, რის შედეგადაც უხსნადი იშვიათ მიწათა ოქსიდები, გადადიან ხსნად ქლორიდებსა და სულფატებში. მჟავა ფილტრებს ანეიტრალებენ კაუსტიკური სოდით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) pH 3-4-მდე. თორიუმი ხსნარიდან ილექება თორიუმის ჰიდროქსიდის სახით და სცილდება ხსნარს. ამის შემდეგ ხსნარი მუშავდება ამონიუმის ოქსალატით, რომელსაც იშვიათ მიწათა ელემენტები გადაჰყავს თავის უხსნად ოქსალატებში. ისინი გამოწვით გარდაიქმნებიან ოქსიდებში, რომლებიც შემდგომ იხსნება აზოტმჟავაში, გარდა ერთი ძირითადი კომპონენტის - ცერიუმისა, რომლის ოქსიდი არ იხსნება აზოტმჟავაში. ხსნარი მუშავდება მაგნიუმის ნიტრატით და წარმოიქმნება იშვიათ მიწათა მეტალების ორმაგი მარილების კრისტალური ნარევები. მარილების გამოყოფა ხდება იონ-გაცვლითი პროცესებით. ამ პროცესებში იშვიათ მიწათა იონები შთაინთქმება შესაბამისი იონ-გაცვლითი ფისებით, სადაც წყალბადის, ამონიუმის ან სპილენძის იონები მიმოიცვლებიან ფისსი არსებული იონებით.

იშვიათ მიწათა იონები შემდგომ სელექციურად ირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტით. მეტალური ერბიუმი მიიღება მისი მარილებისა ან ოქსიდებისაგან 1450 °C ტემპერატურაზე კალციუმთან გაცხელებით არგონის ატმოსფეროში.

 ფიზიკური თვისებები 

სამვალენტიანი, სუფთა ლითონური ერბიუმი ჭედადია, იგი რბილია, ჰაერზე მდგრადია და სხვა იშვიათ მიწათა ლითნებისაგან განსხვავებით, სწრაფად არ იჟანგება. მისი მარილები ვარდისფერია. მას ახასიათებს მკვეთრი შთანთქმის სპექტრი ხილულ, ულტრაიისფერ და ინფრაწითელ უბნებში. ერბიუმის სესქვიოქსიდს ეწოდება ”ერბია”. ერბიუმს არ აქვს რაიმე ბიოლოგიური როლი, მაგრამ ფიქრობენ, რომ მას შეუძლია იყოს მეტაბოლიზმის სტიმულატორი.

ერბიუმი 19K-ზე ქვემოთ ფერომაგნიტურია, 19-დან 80K-ზე ანტიფერომაგნიტურია და 80K-ზე მაღლაპარამაგნიტურია.

ერბიუმს შეუძლია წარმოქმნას პროპელერის ფორმის ატომური დაჯგუფება Er3N, სადაც ერბიუმის ატომებს შორის მანძილი 0.35 ნმ-ია. ეს დაჯგუფება შეიძლება გამოიყოს ფლუორენის მოლეკულებში კაფსულირებით.

 ქიმიური თვისებები 

ლითონური ერბიუმი ჰაერზე ნელა მუქდება, ადვილად იწვის ერბიუმ(III) ოქსიდის წარმოქმნით.

4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3

ერბიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა რეაგირებს ცივ წყალთან, ძალიან სწრაფად ურთიერთქმედებს ცხელ წყალთან და წარმოქმნის ერბიუმის ჰიდროქსიდს.

2 Er (მყ) + 6 H2O (სითხე) → 2 Er(OH)3 (ხსნ.) + 3 H2 (აირი)

ლითონური ერბიუმი რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან.

2 Er (მყ) + 3 F2 (აირი) → 2 ErF3 (მყ) [ვარდისფერი]

2 Er (მყ) + 3 Cl2 (აირი) → 2 ErCl3 (მყ) [იისფერი]

2 Er (მყ) + 3 Br2 (აირი) → 2 ErBr3 (მყ) [იისფერი]

2 Er (მყ) + 3 I2 (აირი) → 2 ErI3 (მყ) [იისფერი]

ერბიუმი სწარაფდ იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის ხელატირებულ ერბიუმ(III) იონის შემცველ ხსნარებს, რომლებიც არსებობენ როგორც ყვითელი [Er(OH2)9]3+ ჰიდრატირებული კომპლექსები.

2 Er (მყ) + 3 H2SO4 (ხსნ.) → 2 Er3+ (ხსნ.) + 3 SO2−4 (ხსნ.) + 3 H2 (აირი)

 იზოტოპები 

ბუნებრივად გავრცელებული ერბიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან: 162Er, 164Er, 166Er, 167Er, 168Er და 170Er, რომელიც 166Er-თან ერთად ყველაზე მეტადაა გავრცელებული (33.503% ბუნებრივი გავრცელება). დახასიათებულია მისი 20 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია 169Er (რომლის ნახევარდაშლის პერიოდია 9.4 დღე), 172Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 49.3 საათი), 160Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 28.5 საათი), 165Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 10.36 საათი) და 171Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 7.516 საათი). ყველა დანარჩენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 3.5 სთ-ზე ნაკლებია. ამ ელემენტს ასევე გააჩნია 13 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია 167mEr (ნახევარდაშლის პერიოდია 2.269 საათი).

 გამოყენება 

 ბირთვული ენერგეტიკა 
ერბიუმის გამოყენების ერთ-ერთ მთვარ მიმართულებას წარმოადგენს მისი ოქსიდის (ზოგჯერ ბორატის) გამოყენება ატომურ ტექნიკაში. ასე მაგალითად ერბუმის ოქსიდის და ურანის ოქსიდის ნარევის  გამოყენება, იძლევა საშუალებას მკვეთრად გაუმჯობესოს რეაქტორის მუშაობა, გააუმჯობესოს მათში  ენერგოგანაწილება, ტექნიკო-ეკონომიკური პარამეტრები, და რაც ყველაზე აქტუალურია - აუმჯობესებს რეაქტორის მუშაობის უსაფრთხოებას.

 ლაზერული მასალები 
ერბიუმის ოქსიდის მონოკრისტალები გამოიყენებიან როგორც მაღალეფექტური ლაზერული მასალები

 ბოჭკოვან-ოპტიკური კავშირი 
ერბიუმის ოქსიდს ამატებენ კვარცის განალღვობში ოპტიკურ ბოჭკოს წარმოებისას,რომლებიც მუშაობენ შორ მანძილებზე (ელბ — ერბიუმით ლეგორებული ბოჭკოები).
ზეგრძელი ოპტიკური ტრასების აგებისას დგება სიგნალის შუალედური რეგენერაციის  პრობლემა მისი ბუნებრივი განელების, ჩაქრობის გამო კვარცის ძაფში გავრცელებისას. იმ შემთხვევაში, თუ ტრასა  გადის «რთულ» მონაკვეთებს (მაგალითად, წყალქვეშ), რეგენერაციის «გარდამქნნელი» სადგურების განთავსება (ანუ, ისეთების, რომლებიც სუსტ ოპტიკურ სიგნალს გარდაქმნის ელექტრულში, აძლიერებს მას და ისევ გარდაქმნის ლაზერის გამოსხივებაში) ტექნიკურად მეტად ძნელი ამოცანა ხდება, ასეთი სადგურების ელექტრო მომარაგების გამო.
იშვიათმიწა ერბიუმით ლეგირებული ოპტიკური ბოჭკო, ფლობს თვისებას შთანთქას ერთი სიგრძის ტალღის შუქი და გამოუშვას მეორე სიგრძის ტალღის შუქს. გარე ნახევარგამტარი ლაზერი ბოჭკოებში ერბიუმის ატომის აღგზებით უშვებს 980 ან 1480 ნმ ტალღის სიგრძის ინფრაწითელ შუქს. როდესაც ბოჭკოში შედის ოპტიკური სიგნალი რომლის ტალღის სიგრძეა 1530-დან 1620-მდე ნმ, ერბიუმის აღგზნებული ატომები ასხივებენ  იმავე სიგრძის ტალღის შუქს, როგორიც იყო შესვლისას. EDFA — erbium-doped fiber amplifier — ამავე პრინციპით მომუშავე  გამაძლიერებელი.

 უსაფრთხოება 
ყველა სხვა ლანთანოიდების მსგავსად, ერბიუმის ნაერთები ზომიერად ტოქსიკურია, თუმცა მათი ტოქსიკურობა დეტალებში არ არის გამოკვლეული. ლითონური ერბიუმის მტვერი ცეცხლსაშიშია და შეიცავს აფეთქების რისკს.

 რესურსები ინტერნეტში 
 ერბიუმი Webelements-ზე
 ერბიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში 
 ერბიუმი chemistry.ge-ზე

სქოლიო