Dysproz (Dy, ) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 66, jeden z metali ziem rzadkich. W przyrodzie nie występuje w postaci wolnej, ale najczęściej jako dodatkowy składnik minerału ksenotymu. Naturalnie występujący dysproz zawiera 7 izotopów, spośród których najbardziej rozpowszechniony jest . Dysproz został odkryty w 1886 roku przez Paula Émila Lecoqa de Boisbaudrana, lecz po raz pierwszy w czystej postaci został otrzymany dopiero w latach 50. XX wieku za pomocą wymiany jonowej. Ze względu na swój przekrój czynny używany jest do produkcji prętów kontrolnych w reaktorach jądrowych, a ze względu na swoją wysoką podatność magnetyczną na magnetyzację w urządzeniach do przechowywania danych jako składnik stopu Terfenol-D. Rozpuszczalne sole dysprozu są lekko toksyczne, natomiast nierozpuszczalne sole uważane są za nietoksyczne.
Historia odkrycia W 1878 odkryto, że rudy erbu zawierają tlenki holmu i tulu. Francuski chemik Paul Émile Lecoq de Boisbaudran podczas swojej pracy w Paryżu w 1886 nad tlenkiem holmu zdołał wyodrębnić tlenek dysprozu. Jego procedura do wyizolowania dysprozu wymagała rozpuszczania tlenku dysprozu w kwasie, następnie dodawania amoniaku w celu strącenia wodorotlenku. Wyizolowanie dysprozu w ten sposób wymagało jedynie trzydziestu powtórzeń powyższej procedury. Zanim udało mu się uzyskać dysproz nazwał go dysprositos (), co znaczy „trudny do otrzymania”. Jednakże pierwiastek nie został wyizolowany w dostatecznie czystej formie, aż do wczesnych lat 50. XX wieku, kiedy została rozwinięta technika wymiany jonowej przez Franka Speddinga z Iowa State University.
Właściwości Właściwości fizyczne Dysproz jest metalem ziem rzadkich o metalicznym, srebrzystym połysku. Jest na tyle miękki, że można kroić go nożem i łatwo poddaje się obróbce mechanicznej. Właściwości fizyczne dysprozu w bardzo dużej mierze zależą nawet od niewielkich ilości zanieczyszczeń (domieszek). W temperaturze poniżej 85 K dysproz jest ferromagnetykiem, powyżej tej temperatury staje się antyferromagnetykiem, by w temperaturze 179 K stać się paramagnetykiem.
Właściwości chemiczne Świeża powierzchnia metalu w warunkach normalnych powoli matowieje tworząc tlenek dysprozu(III):
Dysproz jest elektrododatni i reaguje powoli z zimną wodą, a szybciej z gorącą, tworząc wodorotlenek dysprozu(III):
Metaliczny dysproz z łatwością reaguje ze wszystkimi chlorowcami w temperaturze powyżej 200 °C:
Dysproz z łatwością roztwarza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym tworząc roztwór o żółtej barwie, zawierający jony w postaci kompleksu :
Związki chemiczne thumb|left|180px| Siarczan dysprozu(III) Halogenki dysprozu, takie jak , czy , na ogół przybierają żółtą barwę. Tlenek dysprozu(III) jest białym proszkiem, który posiada silniejsze właściwości magnetyczne niż tlenki żelaza. Dysproz w wysokich temperaturach reaguje z niemetalami, tworząc związki dwuskładnikowe o zmiennym składzie, najczęściej o III stopniu utlenienia, rzadziej na II. Tego typu znane są związki jak: DyN, DyP, , , DyS, , , , , , , , i . Większość związków dysprozu jest rozpuszczalnych w wodzie, jednakże związki jak tetrahydrat węglanu dysprozu(III) () i dekahydrat szczawianu dysprozu(III) () są nierozpuszczalne w wodzie.
Izotopy Występujący w przyrodzie dysproz składa się z 7 izotopów: , , , , , , i . Wszystkie wymienione są uważane za stabilne, chociaż rozpada się poprzez rozpad alfa o czasie połowicznego rozpadu T1/2 ponad 1 lat. Spośród naturalnie występujących izotopów jest najbardziej rozpowszechnionym o zawartości izotopu w metalu około 28%, następnie o zawartości 26%. Najmniej rozpowszechnionym jest – tylko 0,06%.
Sztucznie otrzymano 29 radioizotopów o masach w przedziale od 138 do 173. Najstabilniejszym spośród nich jest o T1/2 w przybliżeniu 3 lat, następnie o T1/2 = 144 dni. Najmniej stabilnym radioizotopem jest o T1/2 = 200 ms. Izotopy, które są lżejsze od stabilnych izotopów, mają tendencję do ulegania rozpadowi , podczas gdy cięższe częściej, z pewnymi wyjątkami, będą ulegały rozpadowi . rozpada się przede wszystkim na skutek rozpadu alfa, a i na skutek wychwytu elektronu. Dysproz posiada również przynajmniej 11 metastabilnych izomerów jądrowych, w zakresie mas od 140 do 165. Najstabilniejszym spośród nich jest o T1/2 = 1,257 min. posiada dwa stany wzbudzeń, z których drugi, o czasie połowicznego rozpadu, który jest równy 28 ns.
Występowanie Dysproz nigdy nie jest spotykany w stanie wolnym, ale może być znaleziony w wielu minerałach, wliczając w to ksenotym, fergusonit, gadolinit, euksenit, polikraz, eszynit-(Y), monacyt i bastnazyt. Często występuje wraz z erbem, holmem i innymi metalami ziem rzadkich. Obecnie, najwięcej dysprozu jest uzyskiwane z adsorbujących jony złóż gliny w południowych Chinach. W glinach zawierających duże ilości itru dysproz jest rozpowszechnionym spośród ciężkich lantanowców, stanowiąc 7–8% koncentratu (itr stanowi odpowiednio 65% koncentratu). Zawartość dysprozu w skorupie ziemskiej wynosi około 5,2 mg/kg, a w wodzie morskiej 0,9 ng/L.
Otrzymywanie Dysproz jest otrzymywany głównie z piasku monacytowego, będącego mieszaniną różnych fosforanów, jako produkt uboczny produkcji itru. Większość niepożądanych metali w surowym produkcie może być usunięta magnetycznie lub poprzez flotację. Dysproz również może być oddzielony od innych metali ziem rzadkich na drodze wymiany jonowej i w wyniku reakcji z fluorem lub chlorem wyizolowany w postaci fluorku lub chlorku dysprozu(III). Związki te mogą być zredukowane do wolnego metalu przy użyciu metalicznego wapnia lub litu:
Związki są umieszczane w tantalowym tyglu i wypalane w atmosferze helu. Podczas zachodzenia reakcji, powstające halogenki i stopiony dysproz rozdzielają się z powodu różnicy gęstości. Dysproz może być oddzielony od zanieczyszczeń podczas ochładzania mieszaniny.
Rocznie na świecie otrzymuje się około 100 ton dysprozu, głównym producentem są Chiny. Cena dysprozu w okresie 2003–2010 wzrosła ponad 20-krotnie. W lipcu 2019 cena metalicznego dysprozu sięgała około 373 do 380 dolarów amerykańskich za kilogram.
Zastosowanie Dysproz jest używany w połączeniu z wanadem, jak i innymi pierwiastkami ziem rzadkich, do wytwarzania materiałów używanych do produkcji laserów. Ze względu na wysoki przekrój czynny na pochłanianie neutronów termicznych przez dysproz (270 000 fm²), wykorzystywany jest jako detektor neutronów, a jego związki, jak cermety typu tlenek dysprozu-nikiel, są wykorzystywane w absorbujących neutrony prętach kontrolnych w reaktorach jądrowych. Chalkogenki dysprozowo-kadmowe są źródłem promieniowania podczerwonego, co jest wykorzystywane w badaniach nad reakcjami chemicznymi. Ze względu na wysoką podatność dysprozu i jego związków na magnetyzację, jest on wykorzystywany w magazynowaniu danych, głównie w twardych dyskach.W magnesach neodymowo-żelazo-borowych można 6% neodymu zastąpić dysprozem, aby podnieść koercję dla wymagających zastosowań, jak silniki napędowe dla elektrycznych pojazdów hybrydowych. Ta zamiana wymagałaby ok. 100 g dysprozu na każdy wyprodukowany samochód. Opierając się na przewidywanej produkcji Toyoty na poziomie 2 mln sztuk rocznie, użycie dysprozu w takich zastosowaniach szybko wyczerpie zasoby tego metalu. Zastępowanie neodymu dysprozem może mieć jeszcze inne użyteczne zastosowania ze względu na poprawę odporności magnesów na korozję.Dysproz jest jednym ze składników terfenolu-D. Stop znalazł zastosowanie m.in. w przetwornikach i szerokopasmowych rezonatorach mechanicznych.
Uwagi
Przypisy
Kategoria:Pierwiastki chemiczne