镝
Template:NoteTA 页面Template:Infobox element/styles.css没有内容。 脚本错误：没有“Infobox”这个模块。 页面Template:Zy/styles.css没有内容。脚本错误：没有“ZyPy”这个模块。（Template:Langx），是一种化学元素，其化学符号为Template:化学式，原子序数为66，原子量为脚本错误：没有“val”这个模块。，属于镧系元素，也是稀土元素之一。镝的外观具银色金属光泽。镝在大自然中不以单质出现，而是包含在多种矿物之中，例如磷钇矿等。自然形成的镝由7种同位素组成，其中丰度最高的是164Dy。
1886年保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰首次辨认出镝元素，但要直到1950年代离子交换技术的发展后，才有纯态的镝金属被分离出来。由于其热中子吸收截面很高，所以在核反应炉中被用作控制棒；其磁化率亦很高，所以可用于数据储存技术上，以及做Terfenol-D材料的成分。可溶镝盐具有微毒性，不可溶镝盐则无毒。
性质[编辑]
物理性质[编辑]
镝是一种稀土元素，呈亮银色金属光泽。镝金属质软，可以用小刀切割。在没有过热的情况下，其加工过程不会产生火花。就算是少量的杂质也会大大改变镝的物理性质。[1]
镝和钬拥有所有元素中最高的磁强度，[2]这在低温状态下更为显著。[3]镝在脚本错误：没有“convert”这个模块。以下具有简单的铁磁序，但在这一温度以上会转变为一种螺旋形反铁磁状态，其中特定基面上所有原子的磁矩都互相平行，并相对相邻平面的磁矩有固定的角度。这种奇特的反铁磁性在温度达到脚本错误：没有“convert”这个模块。时再转变为无序顺磁态。[4]
化学性质[编辑]
镝金属在空气中缓慢氧化并失去光泽，其燃烧反应会产生氧化镝：
- 4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3
镝的电正性较高，它会在冷水中慢速进行反应，在热水中快速反应，并产生氢氧化镝：
- 2 Dy (s) + 6 H2O (l) → 2 Dy(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
氢氧化镝在高温下会分解成DyO(OH)，而后者又会分解成氧化镝。[5]
在200 °C以上，镝金属会和所有卤素反应：[来源请求]Template:Ifsubst
- 2 Dy (s) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (s)（绿色）
- 2 Dy (s) + 3 Cl2 (g) → 2 DyCl3 (s)（白色）
- 2 Dy (s) + 3 Br2 (g) → 2 DyBr3 (s)（白色）
- 2 Dy (s) + 3 I2 (g) → 2 DyI3 (s)（绿色）
镝会在稀硫酸中迅速溶解，形成含有镝(III)离子的黄色溶液。这些离子以[Dy(OH2)9]3+配合物的形式存在：[6]
- 2 Dy (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Dy3+ (aq) + 3 Template:Chem/link (aq) + 3 H2 (g)
反应的产物硫酸镝(III)有明显的顺磁性。
化合物[编辑]
脚本错误：没有“Labelled list hatnote”这个模块。 镝的卤化物，如DyF3和DyBr3，一般呈黄色。氧化镝是一种黄色粉末，有强大的磁性，其磁性比氧化铁还要强。[3]
镝在高温下可以和各种非金属形成二元化合物，其氧化态可以是+3或+2。这包括DyN、DyP、DyH2和DyH3；DyS、DyS2、Dy2S3和Dy5S7；DyB2、DyB4、DyB6和DyB12；以及Dy3C和Dy2C3。[7]
碳酸镝（Dy2(CO3)3）和硫酸镝（Dy2(SO4)3）可以经过相似的化学反应制成。[8]大部分镝化合物都溶于水，但四水合碳酸镝（Dy2(CO3)3·4H2O）和十水合草酸镝（Dy2(C2O4)3·10H2O）都不溶于水。[9][10]
同位素[编辑]
脚本错误：没有“main”这个模块。 自然形成的镝由7种稳定同位素组成：156Dy、158Dy和160Dy至164Dy。自然同位素中丰度最高的是比例为28%的164Dy，紧接着的是比例为26%的162Dy。丰度最低的是比例为0.06%的156Dy。[11]
通过人工合成，科学家共发现了29种放射性同位素，其原子量在138和173之间。最稳定的是154Dy，其半衰期约为1.40×106年；接着是半衰期为144.4天的159Dy。最不稳定的是138Dy，其半衰期只有200毫秒。比稳定同位素轻的同位素主要进行β+衰变；除个别特例之外，更重的同位素主要进行β−衰变。154Dy主要进行α衰变，152Dy和159Dy则主要进行电子捕获。[11]镝拥有至少11种同核异构体（亚稳态），原子量在140和165之间。最稳定的是165mDy，其半衰期为1.257分钟。149Dy有两种亚稳态，第二种（149m2Dy）的半衰期只有28纳秒。[11]
164Dy是理论上最重的稳定同位素，任何更重的核素，理论上都会发生α衰变，类似于铋-209与锇-186的情形。[12]
历史[编辑]
1878年，科学家发现铒矿中也含有钬和铥的氧化物。1886年，法国化学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰在巴黎研究氧化钬时，成功地把氧化镝从中分离出来。[13]他把样本溶于酸中，再加入氨，将镝以氢氧化物的形态沉淀出来。他在尝试了30次以后，才成功分离出镝。他依据希腊文“δυσπρόσιτος”（Dysprositos，意为“难以取得”）把该新元素命名为“Dysprosium”。不过，要直到1950年代美国爱荷华州立大学的弗兰克·斯佩丁（Frank Spedding）发展了离子交换技术之后，才有纯度较高的镝被分离出来。[2]
存量[编辑]
镝在自然界中不以单质出现，但存在于多种矿物之中，包括磷钇矿、褐钇铌矿、硅铍钇矿、黑稀金矿、复稀金矿、钛钽铌铀矿、独居石和氟碳铈矿等。它一般还和铒和钬等稀土元素一同出现。目前大部分的镝都是在中国南部的离子吸附型稀土矿中开采而得。[14]西澳大利亚州的Halls Creek区域也将开采包括镝在内的稀土元素。[15]在钇含量较高的矿物中，镝是所有重镧系元素中丰度最高的，占浓缩物的7至8%（相比钇的65%）。[16][17]地球地壳中的镝含量约为5.2 mg/kg，在海水中为0.9 ng/L。[7]
生产[编辑]
镝的生产主要来自开采由多种磷酸盐混合组成的独居石砂，是钇萃取过程的副产品之一。镝的分离过程可以使用磁力或浮力方法移除其他金属杂质，再经离子交换方法分离各种稀土金属。所产生的镝离子与氟或氯反应后分别形成氟化镝（DyF3）或氯化镝（DyCl3），再经钙或锂金属还原：[8]
- 3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
- 3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl
反应在钽制坩埚、氦气环境中进行。过程中产生的卤化物和熔融镝会因比重不同而自然分离。冷却之后，可用刀把镝从其他杂质分开。[8]
全球每年产出大约100吨镝，[18]其中99%产自中国。[19]从2003年至2010年底，镝的价格从每磅7美元飙升至每磅130美元，升幅近20倍。[19]根据美国能源部，镝的现有及潜在用途广泛，加上缺乏代替品，所以是目前最迫切需要洁净能源技术的元素。保守估计，镝在2015年前就会有短缺。[20]
应用[编辑]
镝与钒及其他元素一起，可用于激光材料和商业照明应用上。由于镝的热中子吸收截面很高，所以氧化镝-镍Template:Le是一种核反应炉控制棒材料。[2][21]镝-镉氧族元素化合物是红外线辐射源，能用于研究化学反应。[1]镝及其化合物有很强的磁性，所以在硬盘等数据储存装置中都有用到。[22]
钕-铁-硼磁铁中钕部分可以替换为镝，[23]以提高矫顽力，从而改善磁铁的耐热性能，用于电动汽车驱动马达等性能要求较高的应用上。用了这种磁铁的汽车每辆可含高达100克的镝。根据丰田汽车每年200万辆车的预计销售量，很快就会耗尽全球镝金属的供应。[24]替换成镝的磁铁还具有较高的抗腐蚀性。[25]
镝、铁和铽是Terfenol-D材料的组成元素。Terfenol-D是常温下磁致伸缩性最强的已知物料。[26]这种性质可用于换能器、宽频机械共鸣管[27]和高精度液态燃料喷射器。[28]
镝被用于Template:Le中，测量致电离辐射量。当掺有镝的硫化钙或氟化钙受辐射照射时，镝原子会进入激发态并发光。通过测量发光强度可以推算出辐射剂量。[2]
镝化合物纳米纤维具有高强度、高表面积，所以可以用来加强其他材料或作催化剂。在450巴压力下对DyBr3和NaF的水溶液加热17小时至450 °C，可以制成氟氧化镝纤维。这种材料在超过400 °C高温下，可以在各种水溶液中存留超过100小时而不会溶解或聚集。[29][30][31]
一些高强度金属卤化物灯用到碘化镝和溴化镝。这些化合物在灯的中心高温处分解，释放出游离镝原子。这些原子会发出绿光和红光。[2][32]
隔热退磁冰箱用到某些顺磁性镝盐晶体，包括镝镓石榴石（DGG）、镝铝石榴石（DAG）和镝铁石榴石（DyIG）等。[33][34]
安全[编辑]
镝金属粉末在空气中如果在火源附近，会有爆炸的危险；其薄片也可以被火花和静电点燃。镝所引起的金属火焰不能用水来浇熄，因为它会和水反应，产生易燃的氢气。[35]氯化镝火焰却可以用水浇熄，[36]而氟化镝和氧化镝则不易燃。[37][38]硝酸镝（Dy(NO3)3）属于强氧化剂，在接触到有机物质时可迅速起火。[3]
可溶镝盐，如氯化镝和硝酸镝等，在进食后具微毒性；不可溶盐则无毒。从老鼠对氯化镝的毒性反应估算，人类在进食500克以上的镝可以致命。[2]
参见[编辑]
参考资料[编辑]
- ↑ 1.0 1.1 Template:Cite book
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Template:Cite book
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- ↑ New Scientist, 18 June 2011, p. 40
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- ↑ Steve Milward, Stephen Harrison, Robin Stafford Allen, Ian Hepburn, and Christine Brockley-Blatt (2004). "Design, Manufacture and Test of an Adiabatic Demagnetization Refrigerator Magnet for use in Space" http://www.ucl.ac.uk/mssl/cryogenics/documents/5LH01.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ↑ Ian Hepburn. "Adiabatic Demagnetization Refrigerator: A Practical Point of View" 30. http://www.ucl.ac.uk/mssl/cryogenics/documents/ADR_presentation__Compatibility_Mode_.pdf （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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外部链接[编辑]
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- Template:SymbolForElement/index.html WebElements.com – Template:虚拟模板（英文）
- It's Elemental – Dysprosium （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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