ერბიუმი

ერბიუმი

68Er

167.26

4f12 6s2

ერბიუმი (ლათ. Erbium; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Er}}$) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 68, ატომური მასა — 167.26, t_დნ — 1529 °C, t_დუღ — 2868 °C, სიმკვრივე — 9.066 გ/სმ³. მოვერცხლისფრო ლითონი. ბუნებრივი ერბიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან. ხელოვნურად მიიღება ერბიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები.

ერბიუმი, ₆₈Er

ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო ლითონი
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Er)	167.259±0.003 167.26±0.01 (დამრგვალებული)
ერბიუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი – ↑ Er ↓ Fm ჰოლმიუმი ← ერბიუმი → თულიუმი
ატომური ნომერი (Z)	68
პერიოდი	6 პერიოდი
ბლოკი	f-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Xe] 4f12 6s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 30, 8, 2
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	1529 °C ​(1802 K, ​​2784 °F)
დუღილის ტემპერატურა	2868 °C ​(3141 K, ​5194 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	9.066 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	8.86 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	19.90 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	280 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	28.12 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 1504 1663 (1885) (2163) (2552) (3132)
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	0, +1, +2, +3
ელექტროდული პოტენციალი
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.24
იონიზაციის ენერგია	1: 589.3 კჯ/მოლ 2: 1150 კჯ/მოლ 3: 2194 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 176 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	189±6 პმ
ერბიუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	მჭიდრო ჰექსაგონალური
ბგერის სიჩქარე	2830 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	12.2 µმ/(მ·K)
თბოგამტარობა	14.5 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	0.860 ნომ·მ
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი (300 K)
მაგნიტური ამთვისებლობა	6998443000000000000♠+44300.00×10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	69.9 გპა
წანაცვლების მოდული	28.3 გპა
დრეკადობის მოდული	44.4 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.237
ვიკერსის მეთოდი	430–700 მპა
ბრინელის მეთოდი	600–1070 მპა
CAS ნომერი	7440-52-0
ისტორია
სახელწოდება მომდინარეობს	დასახლებული პუნქტის იტერბიუს (შვეიცარია) სახელის მიხედვით
აღმომჩენია	კარლ გუსტავ მოსანდერი (1843)
ერბიუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 160Er სინთ 7001285800000000000♠28.58 სთ ε 160Ho 162Er 0.139% სტაბილური 164Er 1.601% სტაბილური 165Er სინთ 7001103600000000000♠10.36 სთ ε 165Ho 166Er 33.503% სტაბილური 167Er 22.869% სტაბილური 168Er 26.978% სტაბილური 169Er სინთ 7000940000000000000♠9.4 დღ-ღ β− 169Tm 170Er 14.910% სტაბილური 171Er სინთ 7000751600000000000♠7.516 სთ β− 171Tm 172Er სინთ 7001493000000000000♠49.3 სთ β− 172Tm
ერბიუმი ვიკისაწყობში •

ისტორია

ერბიუმი პირველად გამოყოფილ იქნა 1843 წელს შვედი ქიმიკოსის კარლ გუსტავ მოსანდერის მიერ, მინერალიდან რომელიც ნაპოვნი იქნა სოფელ იტერბიუს ახლოს.

სახელწოდების წარმომავლობა

კიდევ სამ (ტერბიუმი, იტერბიუმი და იტრიუმი) ქიმიურ ელემნტთან ერთად მიიღო სახელწოდება სოფელ იტერბიუს პატივსაცემად, რომელიც კუნძულ რესარიოზეა, და სტოკჰოლმის არქიპელაგში მდებარეობს.

ბუნებაში

ერბიუმის კლარკი დედამიწის ქერქში არის (ტეილორის მიხედვით) 3,3 გრ/ტ, შემცველობა ოკეანის წყალში არის 2,4×10⁻⁶. სხვა მონაცემებით დედამიწის ქერქში ერბიუმის კონცენტრაცია დაახლოებით 2.8მგ/კგ-ია, ხოლო ზღვის წყლებში კი - 0.9ნგ/ლ, ეს კონცენტრაცია საკმარისია, რათა ერბიუმი ჩაითვალოს დედამიწის ქერქში გავრცელებით ორმოცდამეხუთე ელემენტად, უფრო გავრცელებულად ვიდრე კარგად ცნობილი ელემენტი - ტყვია.

იშვიათ მიწათა ელემენტების მსგავსად, ერბიუმი არასოდეს არ გვხვდება ბუნებაში თავისუფალი სახით. იგი გვხვდება მონაციტის საბადოებში. მისი გამოყოფა სხვა იშვიათ მიწათა ლითონებიდან საკმაოდ ძნელია, მაგრამ მე-20 საუკუნის მიწურულს, იონგაცვლითი ტექნოლოგიების განვითარებამ დაბლა დასწია იშვიათ მიწათა ლითონების და მათი ნაერთების წარმოების ფასი.ერბიუმის ძირითადი კომერციული წყაროა მინერალები: ქსენოთაიმი და ეუქსენიტი. ამჟამად,ამ ელემენტის ძირითადი მომწოდებელია ჩინეთი. ამ საბადოებში იტრიუმი არის წონით ორი მესამედი, ხოლო ერბიუმი კი დაახლოებით 4-5%-ია. როდესაც კონცენტრატი იხსნება მჟავაში, ერბიუმი გამოყოფს საკმარის ერბიუმის იონებს, რომლებიც ხსნარს აძლევენ ვარდისფერს.

საბადოები

ერბიუმი შედის ლანთანოიდების შემადგენლობაში, რომლებიც გვხვდება ძალიან იშვიათად. ლანთანოიდები გვხვდება აშშ, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ბრაზილიაში, ინდოეთში, სკანდინავიაში.

მიღება

ლითონური ერბიუმი მიიღება ერბიუმის ქლორიდის (ფტორიდის) ErCl₃ (ErF₃) განალღვობის ელექტროლიზით, ასევე ამ მარილების კალციუმთერმული აღდგენით. დაქუცმაცებულ მინერალებზე მოქმედებენ ქლორწყალბადით ან გოგირდმჟავათი, რის შედეგადაც უხსნადი იშვიათ მიწათა ოქსიდები, გადადიან ხსნად ქლორიდებსა და სულფატებში. მჟავა ფილტრებს ანეიტრალებენ კაუსტიკური სოდით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) pH 3-4-მდე. თორიუმი ხსნარიდან ილექება თორიუმის ჰიდროქსიდის სახით და სცილდება ხსნარს. ამის შემდეგ ხსნარი მუშავდება ამონიუმის ოქსალატით, რომელსაც იშვიათ მიწათა ელემენტები გადაჰყავს თავის უხსნად ოქსალატებში. ისინი გამოწვით გარდაიქმნებიან ოქსიდებში, რომლებიც შემდგომ იხსნება აზოტმჟავაში, გარდა ერთი ძირითადი კომპონენტის - ცერიუმისა, რომლის ოქსიდი არ იხსნება აზოტმჟავაში. ხსნარი მუშავდება მაგნიუმის ნიტრატით და წარმოიქმნება იშვიათ მიწათა მეტალების ორმაგი მარილების კრისტალური ნარევები. მარილების გამოყოფა ხდება იონ-გაცვლითი პროცესებით. ამ პროცესებში იშვიათ მიწათა იონები შთაინთქმება შესაბამისი იონ-გაცვლითი ფისებით, სადაც წყალბადის, ამონიუმის ან სპილენძის იონები მიმოიცვლებიან ფისსი არსებული იონებით.

იშვიათ მიწათა იონები შემდგომ სელექციურად ირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტით. მეტალური ერბიუმი მიიღება მისი მარილებისა ან ოქსიდებისაგან 1450 °C ტემპერატურაზე კალციუმთან გაცხელებით არგონის ატმოსფეროში.

ფიზიკური თვისებები

სამვალენტიანი, სუფთა ლითონური ერბიუმი ჭედადია, იგი რბილია, ჰაერზე მდგრადია და სხვა იშვიათ მიწათა ლითნებისაგან განსხვავებით, სწრაფად არ იჟანგება. მისი მარილები ვარდისფერია. მას ახასიათებს მკვეთრი შთანთქმის სპექტრი ხილულ, ულტრაიისფერ და ინფრაწითელ უბნებში. ერბიუმის სესქვიოქსიდს ეწოდება ”ერბია”. ერბიუმს არ აქვს რაიმე ბიოლოგიური როლი, მაგრამ ფიქრობენ, რომ მას შეუძლია იყოს მეტაბოლიზმის სტიმულატორი.

ერბიუმი 19K-ზე ქვემოთ ფერომაგნიტურია, 19-დან 80K-ზე ანტიფერომაგნიტურია და 80K-ზე მაღლაპარამაგნიტურია.

ერბიუმს შეუძლია წარმოქმნას პროპელერის ფორმის ატომური დაჯგუფება Er3N, სადაც ერბიუმის ატომებს შორის მანძილი 0.35 ნმ-ია. ეს დაჯგუფება შეიძლება გამოიყოს ფლუორენის მოლეკულებში კაფსულირებით.

ქიმიური თვისებები

ლითონური ერბიუმი ჰაერზე ნელა მუქდება, ადვილად იწვის ერბიუმ(III) ოქსიდის წარმოქმნით.

4 Er + 3 O₂ → 2 Er₂O₃

ერბიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა რეაგირებს ცივ წყალთან, ძალიან სწრაფად ურთიერთქმედებს ცხელ წყალთან და წარმოქმნის ერბიუმის ჰიდროქსიდს.

2 Er _(მყ) + 6 H₂O _{(სითხე)} → 2 Er(OH)_{3 (ხსნ.)} + 3 H_{2 (აირი)}

ლითონური ერბიუმი რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან.

2 Er _(მყ) + 3 F_{2 (აირი)} → 2 ErF_{3 (მყ) [ვარდისფერი]}

2 Er _(მყ) + 3 Cl_{2 (აირი)} → 2 ErCl_{3 (მყ) [იისფერი]}

2 Er _(მყ) + 3 Br_{2 (აირი)} → 2 ErBr_{3 (მყ) [იისფერი]}

2 Er _(მყ) + 3 I_{2 (აირი)} → 2 ErI_{3 (მყ) [იისფერი]}

ერბიუმი სწარაფდ იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის ხელატირებულ ერბიუმ(III) იონის შემცველ ხსნარებს, რომლებიც არსებობენ როგორც ყვითელი [Er(OH₂)₉]³⁺ ჰიდრატირებული კომპლექსები.

2 Er _(მყ) + 3 H₂SO_{4 (ხსნ.)} → 2 Er³⁺ _(ხსნ.) + 3 SO₂⁻⁴ _(ხსნ.) + 3 H_{2 (აირი)}

იზოტოპები

ბუნებრივად გავრცელებული ერბიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან: ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁷Er, ¹⁶⁸Er და ¹⁷⁰Er, რომელიც ¹⁶⁶Er-თან ერთად ყველაზე მეტადაა გავრცელებული (33.503% ბუნებრივი გავრცელება). დახასიათებულია მისი 20 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁶⁹Er (რომლის ნახევარდაშლის პერიოდია 9.4 დღე), ¹⁷²Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 49.3 საათი), ¹⁶⁰Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 28.5 საათი), ¹⁶⁵Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 10.36 საათი) და ¹⁷¹Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 7.516 საათი). ყველა დანარჩენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 3.5 სთ-ზე ნაკლებია. ამ ელემენტს ასევე გააჩნია 13 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁶⁷mEr (ნახევარდაშლის პერიოდია 2.269 საათი).

გამოყენება

ბირთვული ენერგეტიკა

ერბიუმის გამოყენების ერთ-ერთ მთვარ მიმართულებას წარმოადგენს მისი ოქსიდის (ზოგჯერ ბორატის) გამოყენება ატომურ ტექნიკაში. ასე მაგალითად ერბუმის ოქსიდის და ურანის ოქსიდის ნარევის გამოყენება, იძლევა საშუალებას მკვეთრად გაუმჯობესოს რეაქტორის მუშაობა, გააუმჯობესოს მათში ენერგოგანაწილება, ტექნიკო-ეკონომიკური პარამეტრები, და რაც ყველაზე აქტუალურია - აუმჯობესებს რეაქტორის მუშაობის უსაფრთხოებას.

ლაზერული მასალები

ერბიუმის ოქსიდის მონოკრისტალები გამოიყენებიან როგორც მაღალეფექტური ლაზერული მასალები

ბოჭკოვან-ოპტიკური კავშირი

ერბიუმის ოქსიდს ამატებენ კვარცის განალღვობში ოპტიკურ ბოჭკოს წარმოებისას,რომლებიც მუშაობენ შორ მანძილებზე (ელბ — ერბიუმით ლეგორებული ბოჭკოები). ზეგრძელი ოპტიკური ტრასების აგებისას დგება სიგნალის შუალედური რეგენერაციის პრობლემა მისი ბუნებრივი განელების, ჩაქრობის გამო კვარცის ძაფში გავრცელებისას. იმ შემთხვევაში, თუ ტრასა გადის «რთულ» მონაკვეთებს (მაგალითად, წყალქვეშ), რეგენერაციის «გარდამქნნელი» სადგურების განთავსება (ანუ, ისეთების, რომლებიც სუსტ ოპტიკურ სიგნალს გარდაქმნის ელექტრულში, აძლიერებს მას და ისევ გარდაქმნის ლაზერის გამოსხივებაში) ტექნიკურად მეტად ძნელი ამოცანა ხდება, ასეთი სადგურების ელექტრო მომარაგების გამო. იშვიათმიწა ერბიუმით ლეგირებული ოპტიკური ბოჭკო, ფლობს თვისებას შთანთქას ერთი სიგრძის ტალღის შუქი და გამოუშვას მეორე სიგრძის ტალღის შუქს. გარე ნახევარგამტარი ლაზერი ბოჭკოებში ერბიუმის ატომის აღგზებით უშვებს 980 ან 1480 ნმ ტალღის სიგრძის ინფრაწითელ შუქს. როდესაც ბოჭკოში შედის ოპტიკური სიგნალი რომლის ტალღის სიგრძეა 1530-დან 1620-მდე ნმ, ერბიუმის აღგზნებული ატომები ასხივებენ იმავე სიგრძის ტალღის შუქს, როგორიც იყო შესვლისას. EDFA — erbium-doped fiber amplifier — ამავე პრინციპით მომუშავე გამაძლიერებელი.

უსაფრთხოება

ყველა სხვა ლანთანოიდების მსგავსად, ერბიუმის ნაერთები ზომიერად ტოქსიკურია, თუმცა მათი ტოქსიკურობა დეტალებში არ არის გამოკვლეული. ლითონური ერბიუმის მტვერი ცეცხლსაშიშია და შეიცავს აფეთქების რისკს.

რესურსები ინტერნეტში

• ერბიუმი Webelements-ზე
• ერბიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში დაარქივებული 2007-09-30 საიტზე Wayback Machine.
• ერბიუმი chemistry.ge-ზე

სქოლიო

პორტალი ქიმია