鏑
Template:NoteTA 頁面Template:Infobox element/styles.css沒有內容。 腳本錯誤：沒有「Infobox」這個模塊。 頁面Template:Zy/styles.css沒有內容。腳本錯誤：沒有「ZyPy」這個模塊。（Template:Langx），是一種化學元素，其化學符號為Template:化學式，原子序數為66，原子量為腳本錯誤：沒有「val」這個模塊。，屬於鑭系元素，也是稀土元素之一。鏑的外觀具銀色金屬光澤。鏑在大自然中不以單質出現，而是包含在多種礦物之中，例如磷釔礦等。自然形成的鏑由7種同位素組成，其中豐度最高的是164Dy。
1886年保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭首次辨認出鏑元素，但要直到1950年代離子交換技術的發展後，才有純態的鏑金屬被分離出來。由於其熱中子吸收截面很高，所以在核反應爐中被用作控制棒；其磁化率亦很高，所以可用於數據儲存技術上，以及做Terfenol-D材料的成份。可溶鏑鹽具有微毒性，不可溶鏑鹽則無毒。
性質[編輯]
物理性質[編輯]
鏑是一種稀土元素，呈亮銀色金屬光澤。鏑金屬質軟，可以用小刀切割。在沒有過熱的情況下，其加工過程不會產生火花。就算是少量的雜質也會大大改變鏑的物理性質。[1]
鏑和鈥擁有所有元素中最高的磁強度，[2]這在低溫狀態下更為顯著。[3]鏑在腳本錯誤：沒有「convert」這個模塊。以下具有簡單的鐵磁序，但在這一溫度以上會轉變為一種螺旋形反鐵磁狀態，其中特定基面上所有原子的磁矩都互相平行，並相對相鄰平面的磁矩有固定的角度。這種奇特的反鐵磁性在溫度達到腳本錯誤：沒有「convert」這個模塊。時再轉變為無序順磁態。[4]
化學性質[編輯]
鏑金屬在空氣中緩慢氧化並失去光澤，其燃燒反應會產生氧化鏑：
- 4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3
鏑的電正性較高，它會在冷水中慢速進行反應，在熱水中快速反應，並產生氫氧化鏑：
- 2 Dy (s) + 6 H2O (l) → 2 Dy(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
氫氧化鏑在高溫下會分解成DyO(OH)，而後者又會分解成氧化鏑。[5]
- 2 Dy (s) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (s)（綠色）
- 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)（綠色）
鏑會在稀硫酸中迅速溶解，形成含有鏑(III)離子的黃色溶液。這些離子以[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)
反應的產物硫酸鏑(III)有明顯的順磁性。
化合物[編輯]
腳本錯誤：沒有「Labelled list hatnote」這個模塊。 鏑的鹵化物，如DyF3和DyBr3，一般呈黃色。氧化鏑是一種黃色粉末，有強大的磁性，其磁性比氧化鐵還要強。[3]
鏑在高溫下可以和各種非金屬形成二元化合物，其氧化態可以是+3或+2。這包括DyN、DyP、DyH2和DyH3；DyS、DyS2、Dy2S3和Dy5S7；DyB2、DyB4、DyB6和DyB12；以及Dy3C和Dy2C3。[7]
碳酸鏑（Dy2(CO3)3）和硫酸鏑（Dy2(SO4)3）可以經過相似的化學反應製成。[8]大部份鏑化合物都溶於水，但四水合碳酸鏑（Dy2(CO3)3·4H2O）和十水合草酸鏑（Dy2(C2O4)3·10H2O）都不溶於水。[9][10]
同位素[編輯]
腳本錯誤：沒有「main」這個模塊。 自然形成的鏑由7種穩定同位素組成：156Dy、158Dy和160Dy至164Dy。自然同位素中豐度最高的是比例為28%的164Dy，緊接着的是比例為26%的162Dy。豐度最低的是比例為0.06%的156Dy。[11]
通過人工合成，科學家共發現了29種放射性同位素，其原子量在138和173之間。最穩定的是154Dy，其半衰期約為1.40×106年；接着是半衰期為144.4天的159Dy。最不穩定的是138Dy，其半衰期只有200毫秒。比穩定同位素輕的同位素主要進行β+衰變；除個別特例之外，更重的同位素主要進行β−衰變。154Dy主要進行α衰變，152Dy和159Dy則主要進行電子捕獲。[11]鏑擁有至少11種同核異構體（亞穩態），原子量在140和165之間。最穩定的是165mDy，其半衰期為1.257分鐘。149Dy有兩種亞穩態，第二種（149m2Dy）的半衰期只有28納秒。[11]
164Dy是理論上最重的穩定同位素，任何更重的核素，理論上都會發生α衰變，類似於鉍-209與鋨-186的情形。[12]
歷史[編輯]
1878年，科學家發現鉺礦中也含有鈥和銩的氧化物。1886年，法國化學家保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭在巴黎研究氧化鈥時，成功地把氧化鏑從中分離出來。[13]他把樣本溶於酸中，再加入氨，將鏑以氫氧化物的形態沉澱出來。他在嘗試了30次以後，才成功分離出鏑。他依據希臘文「δυσπρόσιτος」（Dysprositos，意為「難以取得」）把該新元素命名為「Dysprosium」。不過，要直到1950年代美國艾奧瓦州立大學的弗蘭克·斯佩丁（Frank Spedding）發展了離子交換技術之後，才有純度較高的鏑被分離出來。[2]
存量[編輯]
鏑在自然界中不以單質出現，但存在於多種礦物之中，包括磷釔礦、褐釔鈮礦、矽鈹釔礦、黑稀金礦、復稀金礦、鈦鉭鈮鈾礦、獨居石和氟碳鈰礦等。它一般還和鉺和鈥等稀土元素一同出現。目前大部份的鏑都是在中國南部的離子吸附型稀土礦中開採而得。[14]西澳大利亞州的Halls Creek區域也將開採包括鏑在內的稀土元素。[15]在釔含量較高的礦物中，鏑是所有重鑭系元素中豐度最高的，佔濃縮物的7至8%（相比釔的65%）。[16][17]地球地殼中的鏑含量約為5.2 mg/kg，在海水中為0.9 ng/L。[7]
生產[編輯]
鏑的生產主要來自開採由多種磷酸鹽混合組成的獨居石砂，是釔萃取過程的副產品之一。鏑的分離過程可以使用磁力或浮力方法移除其他金屬雜質，再經離子交換方法分離各種稀土金屬。所產生的鏑離子與氟或氯反應後分別形成氟化鏑（DyF3）或氯化鏑（DyCl3），再經鈣或鋰金屬還原：[8]
- 3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
- 3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl
反應在鉭製坩堝、氦氣環境中進行。過程中產生的鹵化物和熔融鏑會因比重不同而自然分離。冷卻之後，可用刀把鏑從其他雜質分開。[8]
全球每年產出大約100噸鏑，[18]其中99%產自中國。[19]從2003年至2010年底，鏑的價格從每磅7美元飆升至每磅130美元，升幅近20倍。[19]根據美國能源部，鏑的現有及潛在用途廣泛，加上缺乏代替品，所以是目前最迫切需要潔淨能源技術的元素。保守估計，鏑在2015年前就會有短缺。[20]
應用[編輯]
鏑與釩及其他元素一起，可用於激光材料和商業照明應用上。由於鏑的熱中子吸收截面很高，所以氧化鏑-鎳Template:Le是一種核反應爐控制棒材料。[2][21]鏑-鎘氧族元素化合物是紅外線輻射源，能用於研究化學反應。[1]鏑及其化合物有很強的磁性，所以在硬盤等數據儲存裝置中都有用到。[22]
釹-鐵-硼磁鐵中釹部分可以替換為鏑，[23]以提高矯頑力，從而改善磁鐵的耐熱性能，用於電動汽車驅動馬達等性能要求較高的應用上。用了這種磁鐵的汽車每輛可含高達100克的鏑。根據豐田汽車每年200萬輛車的預計銷售量，很快就會耗盡全球鏑金屬的供應。[24]替換成鏑的磁鐵還具有較高的抗腐蝕性。[25]
鏑、鐵和鋱是Terfenol-D材料的組成元素。Terfenol-D是常溫下磁致伸縮性最強的已知物料。[26]這種性質可用於換能器、寬頻機械共鳴管[27]和高精度液態燃料噴射器。[28]
鏑被用於Template:Le中，測量致電離輻射量。當摻有鏑的硫化鈣或氟化鈣受輻射照射時，鏑原子會進入激發態並發光。通過測量發光強度可以推算出輻射劑量。[2]
鏑化合物納米纖維具有高強度、高表面積，所以可以用來加強其他材料或作催化劑。在450巴壓力下對DyBr3和NaF的水溶液加熱17小時至450 °C，可以製成氟氧化鏑纖維。這種材料在超過400 °C高溫下，可以在各種水溶液中存留超過100小時而不會溶解或聚集。[29][30][31]
一些高強度金屬鹵化物燈用到碘化鏑和溴化鏑。這些化合物在燈的中心高溫處分解，釋放出遊離鏑原子。這些原子會發出綠光和紅光。[2][32]
隔熱退磁冰箱用到某些順磁性鏑鹽晶體，包括鏑鎵石榴石（DGG）、鏑鋁石榴石（DAG）和鏑鐵石榴石（DyIG）等。[33][34]
安全[編輯]
鏑金屬粉末在空氣中如果在火源附近，會有爆炸的危險；其薄片也可以被火花和靜電點燃。鏑所引起的金屬火焰不能用水來澆熄，因為它會和水反應，產生易燃的氫氣。[35]氯化鏑火焰卻可以用水澆熄，[36]而氟化鏑和氧化鏑則不易燃。[37][38]硝酸鏑（Dy(NO3)3）屬於強氧化劑，在接觸到有機物質時可迅速起火。[3]
可溶鏑鹽，如氯化鏑和硝酸鏑等，在進食後具微毒性；不可溶鹽則無毒。從老鼠對氯化鏑的毒性反應估算，人類在進食500克以上的鏑可以致命。[2]
參見[編輯]
參考資料[編輯]
- ↑ 1.0 1.1 Template:Cite book
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Template:Cite book
- ↑ 3.0 3.1 3.2 Template:Cite book
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- ↑ 19.0 19.1 Template:Cite news
- ↑ 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 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ↑ Ian Hepburn. "Adiabatic Demagnetization Refrigerator: A Practical Point of View" 30. http://www.ucl.ac.uk/mssl/cryogenics/documents/ADR_presentation__Compatibility_Mode_.pdf （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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外部連結[編輯]
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