اربیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
هولمیماربیمتولیم
-

Er

Fm
ظاهر
سفید نقره‌ای
ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد اربیم، Er، 68
تلفظ به انگلیسی /ˈɜrbiəm/
نام گروهی برای عناصر مشابه لانتانید
گروه، دوره، بلوک n/a۶, f
جرم اتمی استاندارد ۱۶۷٫۲۵۹ g·mol−۱
آرایش الکترونی Xe] 4f12 6s2]
الکترون به لایه ۲, ۸, ۱۸, ۳۰, ۸, ۲ (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق) ۹٫۰۶۶ g·cm−۳
چگالی مایع در نقطه ذوب ۸٫۸۶ g·cm−۳
نقطه ذوب ۱۸۰۲ K, ۱۵۲۹ °C, ۲۷۸۴ °F
نقطه جوش ۳۱۴۱ K, ۲۸۶۸ °C, ۵۱۹۴ °F
گرمای هم‌جوشی ۱۹٫۹۰ kJ·mol−1
گرمای تبخیر ۲۸۰ kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی ۲۸٫۱۲ J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) ۱۵۰۴ ۱۶۶۳ (۱۸۸۵) (۲۱۶۳) (۲۵۵۲) (۳۱۳۲)
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن ۳ (اکسید بازی)
الکترونگاتیوی ۱٫۲۴ (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونش نخستین: ۵۸۹٫۳ kJ·mol−1
دومین: ۱۱۵۰ kJ·mol−1
سومین: ۲۱۹۴ kJ·mol−1
شعاع اتمی ۱۷۶ pm
شعاع کووالانسی ۱۸۹±۶ pm
متفرقه
ساختار کریستالی شش‌وجهی
مغناطیس پارامغناطیس در ۳۰۰ کلوین
مقاومت الکتریکی (در دمای اتاق) ۰٫۸۶۰ µΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) ۱۴٫۵ W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (در دمای اتاق) ۱۲٫۲ µm/(m·K)
سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) ۲۸۳۰ m/s
مدول یانگ ۶۹٫۹ GPa
مدول برشی ۲۸٫۳ GPa
مدول حجمی ۴۴٫۴ GPa
نسبت پواسون ۰٫۲۳۷
سختی ویکر ۵۸۹ MPa
سختی برینل ۸۱۴ MPa
عدد کاس 7440-52-0
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های اربیم
ایزوتوپ NA نیم‌عمر DM DE (MeV) DP
۱۶۰Er مصنوعی ۲۸٫۵۸ ساعت ε ۰٫۳۳۰ ۱۶۰Ho
۱۶۲Er ۰٫۱۳۹٪ ۱۶۲Er ایزوتوپ پایدار است که ۹۴ نوترون دارد
۱۶۴Er ۱٫۶۰۱٪ ۱۶۴Er ایزوتوپ پایدار است که ۹۶ نوترون دارد
۱۶۵Er مصنوعی ۱۰٫۳۶ ساعت ε ۰٫۳۷۶ ۱۶۵Ho
۱۶۶Er ۳۳٫۵۰۳٪ ۱۶۶Er ایزوتوپ پایدار است که ۹۸ نوترون دارد
۱۶۷Er ۲۲٫۸۶۹٪ ۱۶۷Er ایزوتوپ پایدار است که ۹۹ نوترون دارد
۱۶۸Er ۲۶٫۹۷۸٪ ۱۶۸Er ایزوتوپ پایدار است که ۱۰۰ نوترون دارد
۱۶۹Er مصنوعی ۹٫۴ روز β ۰٫۳۵۱ ۱۶۹Tm
۱۷۰Er ۱۴٫۹۱۰٪ ۱۷۰Er ایزوتوپ پایدار است که ۱۰۲ نوترون دارد
۱۷۱Er مصنوعی ۷٫۵۱۶ ساعت β ۱٫۴۹۰ ۱۷۱Tm
۱۷۲Er مصنوعی ۴۹٫۳ ساعت β ۰٫۸۹۱ ۱۷۲Tm

اربیوم(Erbium) از عنصرهای شمیایی جدول تناوبی در دسته لانتانیدها است. نشانه کوتاه آن Er و عدد اتمی آن ۶۸ است. اربیم خالص، فلز جامد نقره‌ای است. اربیم طبیعی همواره در ترکیب با سایر عناصر مشاهده می‌شود. این عنصر، جزء عنصرهای خاکی کمیاب است که همراه با چند عنصر دیگر در کانی گادولینیت در منطقه ایتربی سوئد، یافت می‌شود.

یون اربیم به دلیل داشتن ویژگی‌های فلورسنت در برخی کاربردهای لیزری به کار می‌رود. شیشه‌ها یا بلورهای اربیم‌دار را می‌توان در تقویت کننده‌های نوری به کار برد. یون اربیم، نوری با طول موج ۱۵۳۰ نانومتر تابش می‌کند. طول موج ۱۵۵۰ نانومتر در مخابرات نوری اهمیت خاصی دارد. زیرا در این طول موج، کمترین افت در فیبرهای نوری استاندارد یک‌حالته ایجاد می‌شود.

مشخصات[ویرایش]

اربیم کلرید در نور خورشید، فلورسنت بنفش را منتشر می‌کند

ویژگی‌های فیزیکی[ویرایش]

اربیم، عنصری سه ظرفیتی است. شکل خالص آن، فلزی نرم و در عین حال، در مجاورت هوا پایدار است و برخلاف بعضی عناصر خاکی کمیاب دیگر، به سرعت اکسید نمی‌شود. نمک‌های اربیم به رنگ صورتی هستند و خطوط طیف جذبی آن در محدوده نور مرئی، فرابنفش و نزدیک فروسرخ قرار دارند. اربیم هیچ نقش زیست‌شناختی شناخته شده‌ای ندارد، ولی ممکن است بر سوخت و ساز بدن تأثیر بگذارد.[۱]

اربیم در دمای پایین‌تر از ۱۹ کلوین فرومغناطیس، بین ۱۹ و ۸۰ کلوین پادفرومغناطیس و در دمای بالاتر از ۸۰ کلوین پارامغناطیس است.[۲]

ویژگی‌های شیمیایی[ویرایش]

اربیم در مجاورت هوا به آهستگی کدر می‌شود و به اربیم اکسید تبدیل می‌شود:

4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3

هم‌چنین با آب سرد به آهستگی و با آب گرم به سرعت واکنش می‌دهد و اربیم هیدروکسید، ساخته می‌شود:

2 Er (s) + 6 H2O (l) → 2 Er(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

اربیم فلزی می‌تواند با همه هالوژن‌ها واکنش انجام دهد که فلوئورید آن، صورتی‌رنگ و ترکیب آن با سایر هالوژن‌ها بنفش است:[۳]

2 Er (s) + 3 M2 (g) → 2 ErM3 (s)

M می‌تواند کلر، برم یا ید باشد.

ایزوتوپ‌ها[ویرایش]

نوشتار اصلی: ایزوتوپ‌های اربیم

اربیم طبیعی، شش ایزوتوپ پایدار دارد که اربیم-۱۶۶، فراوان‌ترین ایزوتوپ آن (با فراوانی نسبی ۳۳٫۵٪) است. تاکنون ۲۹ ایزوتوپ پرتوزای آن شناخته شده‌اند که پایدارترین آنها، اربیم-۱۶۹ با نیم‌عمر ۹٫۴ روز و اربیم-۱۷۲ با نیم‌عمر ۴۹٫۳ ساعت می‌باشند. عدد جرمی ایزوتوپ‌های اربیم در بازه ۱۴۳ و ۱۷۷ است. فراوان‌ترین شکل واپاشی در ایزوتوپ‌های سبک‌تر از اربیم-۱۶۶، جذب الکترون و در ایزوتوپ‌های سنگین‌تر، واپاشی بتا است. بنا بر این، محصول واپاشی در ایزوتوپ‌های سبک‌تر، هولمیم (با عدد اتمی ۶۷) و در ایزوتوپ‌های سنگین‌تر، تولیم (با عدد اتمی ۶۹) است.[۴]

تاریخچه[ویرایش]

اربیم در ۱۸۴۱ توسط کارل موساندر کشف شد.[۵] موساندر ایتریا را از کانی گادولینیت جدا و به سه بخش تقسیم نمود که نام این بخش‌ها را اربیا، تربیا و ایتریا نهاد. او عنصر جدید را از روی نام روستای ایتربی که کانی از آنجا گرفته شده‌بود، نام‌گذاری کرد. البته موساندر و سایر شیمی‌دانان تا مدت زیادی نتوانستند اربیم خالص را به دست آورند. در ۱۹۳۴، کلم و بومر با کاهش کلرید اربیم بدون آب با بخار پتاسیم، موفق به تولید اربیم خالص شدند.[۶]

فراوانی[ویرایش]

ماسه مونازیت

غلظت اربیم در پوسته زمین حدود ۲٫۸ میلی‌گرم بر کیلوگرم و در آب دریا ۰٫۹ نانوگرم بر لیتر است.[۷] به این ترتیب، اربیم در جایگاه حدود ۴۵ از نظر فراوانی در پوسته زمین قرار دارد. اربیم به صورت طبیعی یافت نمی‌شود، ولی همراه با سایر عنصرهای خاکی کمیاب در ماسه مونازیت وجود دارد. تا مدت‌ها استخراج اربیم و جداسازی آن از سایر عناصر خاکی کمیاب، به سادگی امکان‌پذیر نبود. ولی پس از توسعه روش‌های فراوری تبادل یونی در اواخر سده بیستم میلادی، هزینه استخراج و تهیه همه عناصر خاکی کمیاب و ترکیب‌های شیمیایی آنها بسیار کاهش یافته‌است.[۸]

اقتصادی‌ترین منبع‌های اربیم، کانی‌های گزنوتیم و اگزنیت (عمدتاً در نروژ) و رس‌های جاذب یون در جنوب چین هستند. در حال حاضر، چین عمده‌ترین تولید کننده اربیم است. در کانی‌هایی که غلظت ایتریم زیاد است، حدود ۴-۵٪ اربیا وجود دارد. پس از حل شدن در اسید، یون‌های اربیم به حد کافی موجود هستند که رنگ صورتی به محلول دهند.

تولید[ویرایش]

کانی استخراج شده با هیدروکلریک اسید یا سولفوریک اسید واکنش داده می‌شود تا اکسید نامحلول آن به کلرید یا سولفات محلول تبدیل شود. سپس خاصیت اسیدی با سدیم هیدروکسید تا حدودی کاهش می‌یابد. به این ترتیب، توریم به صورت هیدروکسید از محلول خارج می‌شود. پس از افزوده شدن آمونیوم اگزالات به محلول، عناصر خاکی کمیاب به اگزالات نامحلول تبدیل می‌شوند. اگزالات‌ها با بازپخت، به اکسید تبدیل می‌شوند. اکسیدها در نیتریک اسید حل می‌شوند و سریم که یکی از اجزای عمده است، به دلیل نامحلول بودن اکسید آن در نیتریک اسید، جدا می‌شود. محلول با منیزیم نیترات ترکیب می‌شود تا نمک مضاعف عناصر خاکی کمیاب ایجاد شود. سپس نمک‌ها با تبادل یونی از هم جدا می‌شوند. در نهایت، فلز اربیم از گرما دادن اکسید یا نمک آن با کلسیم در دمای ۱۴۵۰ درجه سلسیوس در مجاورت آرگون (گاز خنثی) تهیه می‌شود.[۷]

کاربرد[ویرایش]

  • در فناوری هسته‌ای در میله‌های کنترل جذب نوترون به کار می‌رود.[۹]
  • کاهش سختی و افزایش کارپذیری وانادیم هنگامی که با آن آلیاژ تشکیل دهد.[۱۰]
  • اربیم اکسید که صورتی‌رنگ است، گاهی برای رنگ‌دهی به شیشه یا چینی به کار برده می‌شود. این شیشه‌ها معمولاً در ساخت عینک و جواهرات ارزان مورد استفاده قرار می‌گیرند.[۱۰]
  • نوعی فیبر نوری محتوی اربیم در تقویت کننده‌های نوری اربیم‌دار به صورت فراوان در مخابرات نوری به کار می‌رود.[۱۱]
  • نوعی از آلیاژ اربیم-نیکل (Er3Ni) به طور غیر معمولی در دمای محدوده هلیم مایع، دارای ظرفیت گرمایی ویژه بالایی است و در نوعی سرد کننده به کار می‌رود.[۱۲]

منابع[ویرایش]

  1. Emsley، John. واحدهای سازنده طبیعت: راهنمای کامل عناصر. ویرایش چاپ مجدد با اصلاحات.. Oxford: Oxford University Press، ۲۰۰۳. شابک ‎۰-۱۹-۸۵۰۳۴۰-۷. 
  2. Jackson, M.. «مغناطیس خاکی کمیاب». The IRM quarterly، ش. 3 (2000): 1. 
  3. «واکنش‌های شیمیایی اربیم». Webelements. 
  4. Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H.. «The Nubase evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A، ش. 1 (دسامبر 2003): 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  5. Mosander C.G.. «On the new metals, Lanthanium and Didymium, which are associated with Cerium; and on Erbium and Terbium, new metals associated with Yttria.». Philosophical Magazine Series 3، ش. 152 (اکتبر 1843): 241–254. doi:10.1080/14786444308644728. 
  6. Ihde Aaron J.. The development of modern chemistry. ویرایش [Facsim. ed.].. New York: Dover Publ.، 1984. شابک ‎۰-۴۸۶-۶۴۲۳۵-۶. 
  7. ۷٫۰ ۷٫۱ Patnaik Pradyot. Handbook of inorganic chemicals. New York, NY [u.a.]: McGraw-Hill، 2003. شابک ‎۰-۰۷-۰۴۹۴۳۹-۸. 
  8. نخستین مقاله در مورد کاربرد کروماتوگرافی تبادل یونی در جداسازی عناصر خاکی کمیاب: Spedding، F.H. و J.E. Powell. «A practical separation of yttrium group rare earths from gadolinite by ion-exchange». Chemical Engineering Progress، 1954. 
  9. Theodore A. Parish, Vyacheslav V. Khromov. Safety issues associated with plutonium involvement in the nuclear fuel cycle : [proceedings of the NATO advanced research workshop on safety issues associated with plutonium involvement in the nuclear fuel cycle, Moscow, Russia, 2-6 September 1997]. Dordrecht: Kluwer academic publ. in cooperation with NATO Scientific affairs division، 1999. شابک ‎۹۷۸-۰-۷۹۲۳-۵۵۹۳-۹. 
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ editor-in-chief, David R. Lide. CRC handbook of chemistry and physics, 2000-2001 : a ready-reference book of chemical and physical data. ویرایش 81st ed.. Boca Raton, Fla.: CRC Press، 2000. شابک ‎۰-۸۴۹۳-۰۴۸۱-۴. 
  11. P.C. Becker, N.A. Olsson, J.R. Simpson. Erbium-doped fiber amplifiers fundamentals and technology. ویرایش [Online-Ausg.]. San Diego: Academic Press، 1999. شابک ‎۹۷۸-۰-۱۲-۰۸۴۵۹۰-۳. 
  12. Ackermann Rober A.. Cryogenic regenerative heat exchangers. New York, NY [u.a.]: Plenum Press، 1997. شابک ‎۹۷۸-۰-۳۰۶-۴۵۴۴۹-۳.