镝

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介绍

元素是一种只包含一种原子的化学物质，具有独特的物理和化学性质。元素可以通过从地球上提取或人工合成的方式被人类发现。镝也是一种具有其自身特性的元素。镝于1886年由保罗·埃米尔·勒科克发现。 “镝”这个名字来源于希腊语“dysprositos”，意为“难以获得”。1950年，弗兰克·斯佩丁发明了离子交换色谱法后，人们才获得了纯镝。现在，这种稀土元素的提取是借助液-液萃取法完成的。

什么是镝？

镝是一种f区元素，属于镧系元素。它位于元素周期表第六周期，原子序数为66，是一种金属元素。它天然存在于独居石和氟碳铈矿等矿物中，也少量存在于磷钇矿和独居石中。可以通过离子交换和溶剂萃取法从这些矿物中提取。

由于镝与氧气和水的高反应活性，其用途非常有限。与其他镧系元素不同，镝在自然界中并非以单质形式存在。它是一种外观呈银白色的软金属，可以用刀切割。镝刨花燃烧时呈白热状态，并迅速点燃。这种元素有几种颜色鲜艳的盐。它与钬一起具有最高的磁矩强度和最高的磁力方向。这种元素的丰度高于锡，全球年产量约为100吨。约99%的镝产自中国，主要存在于中国的离子吸附粘土矿石中。

历史

镝于1886年由科学家保罗·埃米尔·勒科克在巴黎首次发现。但当时并没有提取或收集这种元素。他使用了一种方法，该方法包括将氧化镝溶解在酸中，然后在加入氨后沉淀出氢氧化物。后来，人们又用这种方法尝试了30多次，最终将其命名为镝。但又过了8年才成功提取这种元素。这得益于1950年离子交换色谱法的发现。在商业提取钇的过程中，它也作为副产品获得。

W. Oelen, Dysprosium1, CC BY-SA 3.0

镝的性质

作为一种元素，镝的性质非常独特，部分性质如下表所示。

镝	Dy
原子序数	66
族	镧系元素
区	f区
物理状态	固体
电子构型	$\mathrm{[Xe]4f^{10}6s^{2}}$
周期	6
沸点	2567°𝐶
熔点	1412°C
主要同位素	$\mathrm{Dy_{164}}$
原子量	162.5
密度	8.55𝑔𝑐𝑚−3
电负性	1.22
共价半径	1.8Å
电离能	573.017𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1
原子半径	2.31Å

镝的用途

镝的用途详述如下。

• 在核反应堆控制中，使用氧化镝-镍金属陶瓷，因为它能轻易吸收中子且不会收缩或膨胀。

• 在卤化物放电灯中使用碘化镝。

• 用作合金添加剂，以提高永磁物质$\mathrm{Nd_{2}Fe_{14}B}$的居里温度。

• 用于制造荧光粉激活剂。

• 用于制造激光材料。

• 在剂量计中，用于监测电离辐射。

• 在研究多种化学反应中，用作红外辐射源。

• 用于制造多种合金。

• 用于制造具有永久磁性的材料。

• 用于光盘、硬盘和数据存储应用。

镝的化学性质

• 镝金属在干燥空气中非常稳定，但在潮湿空气中会很容易转化为氧化物。

$$\mathrm{4Dy\:+\:3O_{2}\:\rightarrow\:2Dy_{2}O_{3}}$$

因此会形成三氧化二镝。

• 它是一种高电正性金属，因此即使与冷水也会 readily react readily readily 。

$$\mathrm{2Dy(s)\:+\:6H_{2}O(l)\:\rightarrow\:2Dy(OH)_{3}(aq)\:+\:3H_{2}(g)}$$

• 它也会与多种卤素化合物反应。镝与卤素的反应如下所示。

$$\mathrm{2Dy(s)\:+\:3I_{2}\:\rightarrow\:2DyI_{3}(s)}$$

而$\mathrm{DyI_{3}}$的颜色为绿色。

• 镝与硫酸反应会形成顺磁性的三硫酸镝。反应式为：

$$\mathrm{2Dy(s)\:+\:3H_{2}SO_{4}(aq)\:\rightarrow\:2Dy^{3+}(aq)\:+\:3SO^{2-}_{4}(aq)\:+\:3H_{2}(g)}$$

• 氯化镝和氟化镝与钙反应并发生还原反应。反应式为：

$$\mathrm{3Ca\:+\:2DyF_{3}\:\rightarrow\:2Dy\:+\:3CaF_{2}}$$

$$\mathrm{Li\:+\:DyCl_{3}\:\rightarrow\:Dy\:+\:3LiCl}$$

镝的其他化学性质如下表所示。

镝	Dy
比热容	173 𝐽 𝑘𝑔−1 𝐾−1
电阻率	$\mathrm{926\:n\Omega.m}$
晶体结构	密排六方
热导率	$\mathrm{10.7\frac{W}{m.K}}$
磁性排序	顺磁性

氧化态和同位素

镝常见的氧化态为+3，主要以𝐷𝑦3+存在。同位素及其原子质量如下表所示。

同位素	原子量
$\mathrm{Dy^{164}}$	163.929
$\mathrm{Dy^{163}}$	162.929
$\mathrm{Dy^{162}}$	161.927
$\mathrm{Dy^{161}}$	160.927
$\mathrm{Dy^{160}}$	159.925
$\mathrm{Dy^{158}}$	157.924
$\mathrm{Dy^{157}}$	155.924

结论

镝是一种在地球地壳中以矿物形式存在的元素。它是一种f区元素，属于镧系元素。它与空气和水反应非常剧烈。它于1886年由科学家保罗·埃米尔·勒科克发现。这种元素的特性、物理和化学性质使其在磁性领域和合金制造业中得到了广泛的应用。该元素的原子序数为66。该元素的用途非常广泛，年产量约为100吨。其主要产地是中国。该元素常见的氧化态为+3。该元素有多种同位素。

常见问题

1. 镝有毒吗？

镝的毒性取决于相应的盐。某些可溶性镝盐在摄入时具有毒性。如果摄入超过500克这种化合物，就会有毒。而不可溶性镝盐则不是有毒化学物质。

2. 镝在生物体中起什么作用？

镝在动植物中不发挥任何生物学作用。因此，它不会污染环境。

3. 什么是退磁？

加热金属以去除其磁性的过程称为退磁。由于镝是一种具有抗退磁特性的金属，因此它被广泛用作电动汽车、风力涡轮机等多种材料的合金。

4. 镝易燃吗？

氧化镝和氟化镝是非易燃化合物。

5. 镝是导体吗？

镝是良好的导体，其电导率为$\mathrm{1.1\:\times\:10^6\frac{s}{m}}$。