اربیوم

(تغییرمسیر از اربیم)

اربیوم (Erbium) از عنصرهای شیمیایی 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 برای اولین بار همراه با چند عنصر دیگر در کانی گادولینیت در منطقه ایتربی سوئد، یافت شده‌است.

اربیم، 68Er
Erbium-crop.jpg
ویژگی‌های کلی
تلفظ‎/ˈɜːrbiəm/‎ (UR-bee-əm)
ظاهرسفید نقره‌ای
جرم اتمی نسبی (Ar، استاندارد)۱۶۷٫۲۵۹(۳)[۱]
اربیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
-

Er

Fm
هولمیماربیمتولیم
عدد اتمی (Z)68
گروهگروه n/a
دورهدوره ۶
بلوکبلوک-f
آرایش الکترونی[Xe] 4f12 6s2
۲, ۸, ۱۸, ۳۰, ۸, ۲
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب۱۸۰۲ K ​(۱۵۲۹ °C, ​۲۷۸۴ °F)
نقطه جوش۳۱۴۱ K ​(۲۸۶۸ °C, ​۵۱۹۴ °F)
چگالی (near r.t.)۹٫۰۶۶ g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)۸٫۸۶ g/cm3
حرارت همجوشی۱۹٫۹۰ kJ/mol
آنتالپی تبخیر ۲۸۰ kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی۲۸٫۱۲ J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) ۱۵۰۴ ۱۶۶۳ (۱۸۸۵) (۲۱۶۳) (۲۵۵۲) (۳۱۳۲)
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش0,[۲] +1, +2, +3 (a basic اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: ۱٫۲۴
انرژی یونش
  • 1st: ۵۸۹٫۳ kJ/mol
  • 2nd: ۱۱۵۰ kJ/mol
  • 3rd: ۲۱۹۴ kJ/mol
شعاع اتمیempirical: ۱۷۶ pm
شعاع کووالانسی pm ۱۸۹±۶
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری اربیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​شش‌وجهی
سرعت صوت thin rod۲۸۳۰ m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی(در دمای اتاق) ۱۲٫۲ µm/(m·K)
رسانندگی گرمایی۱۴٫۵ W/(m·K)
رسانش الکتریکی(در دمای اتاق) ۰٫۸۶۰ µ Ω·m
رسانش مغناطیسیپارامغناطیس در ۳۰۰ کلوین
مدول یانگ۶۹٫۹ GPa
مدول برشی۲۸٫۳ GPa
مدول حجمی۴۴٫۴ GPa
نسبت پواسون۰٫۲۳۷
سختی ویکرز۵۸۹ MPa
سختی برینل۸۱۴ MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-52-0
ایزوتوپ‌های اربیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
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
| منابع

یون اربیم به دلیل داشتن ویژگی‌های فلورسنت در برخی کاربردهای لیزری به کار می‌رود. شیشه‌ها یا بلورهای اربیم‌دار را می‌توان در تقویت‌کننده‌های 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.

تاریخچهویرایش

اربیم در ۱۸۴۱ توسط کارل موساندر کشف شد.[۳] 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.[۴]

ویژگی‌هاویرایش

 
اربیم کلرید در نور خورشید، فلورسنت بنفش را منتشر می‌کند

ویژگی‌های فیزیکیویرایش

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.[۵]

اربیم در دمای پایین‌تر از ۱۹ کلوین فرومغناطیس، بین ۱۹ و ۸۰ کلوین پادفرومغناطیس و در دمای بالاتر از ۸۰ کلوین پارامغناطیس است.[۶]

ویژگی‌های شیمیاییویرایش

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:[۷]

2 Er (s) + 3 M2 (g) → 2 ErM3 (s)

M می‌تواند کلر، برم یا ید باشد.

ایزوتوپ‌هاویرایش

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.[۸]

فراوانیویرایش

 
ماسه مونازیت

غلظت اربیم در پوسته زمین حدود ۲٫۸ میلی‌گرم بر کیلوگرم و در آب دریا ۰٫۹ نانوگرم بر لیتر است.[۹] 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.[۱۰]

اقتصادی‌ترین منبع‌های اربیم، کانی‌های گزنوتیم و اگزنیت (عمدتاً در نروژ) و رس‌های جاذب یون در جنوب چین هستند. در حال حاضر، چین عمده‌ترین تولیدکننده 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.

تولیدویرایش

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.[۹]

کاربردویرایش

  • در فناوری هسته‌ای در میله‌های کنترل جذب نوترون به کار می‌رود.[۱۱]
  • کاهش سختی و افزایش کارپذیری وانادیم هنگامی که با آن آلیاژ تشکیل دهد.[۱۲]
  • 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.[۱۲]
  • نوعی فیبر نوری محتوی اربیم در تقویت‌کننده‌های نوری اربیم‌دار به صورت فراوان در مخابرات نوری به کار می‌رود.[۱۳]
  • نوعی از آلیاژ اربیم-نیکل (Er3Ni) به‌طور غیرمعمولی در دمای محدوده هلیم مایع، دارای ظرفیت گرمایی ویژه بالایی است و در نوعی سردکننده به کار می‌رود.[۱۴]

منابعویرایش

  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.
  3. Mosander C.G. (اکتبر ۱۸۴۳). «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. ۲۳ (۱۵۲): ۲۴۱–۲۵۴. doi:10.1080/14786444308644728.
  4. Ihde Aaron J. (۱۹۸۴). The development of modern chemistry (ویراست [Facsim٫ ed٫]٫). New York: Dover Publ. شابک ۰-۴۸۶-۶۴۲۳۵-۶.
  5. Emsley، John (۲۰۰۳). واحدهای سازنده طبیعت: راهنمای کامل عناصر (ویراست چاپ مجدد با اصلاحات٫). Oxford: Oxford University Press. شابک ۰-۱۹-۸۵۰۳۴۰-۷.
  6. Jackson, M. (۲۰۰۰). «مغناطیس خاکی کمیاب» (PDF). The IRM quarterly. ۱۰ (۳): ۱.
  7. «واکنش‌های شیمیایی اربیم». Webelements.
  8. Georges, Audi; Bersillon, O. ; Blachot, J. ; Wapstra, A.H. (دسامبر ۲۰۰۳). «The Nubase evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A. ۷۲۹ (۱): ۳–۱۲۸. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  9. ۹٫۰ ۹٫۱ Patnaik Pradyot (۲۰۰۳). Handbook of inorganic chemicals. New York, NY [u.a.]: McGraw-Hill. شابک ۰-۰۷-۰۴۹۴۳۹-۸.
  10. نخستین مقاله در مورد کاربرد کروماتوگرافی تبادل یونی در جداسازی عناصر خاکی کمیاب: Spedding، F.H.؛ Powell، J.E. (۱۹۵۴). «A practical separation of yttrium group rare earths from gadolinite by ion-exchange». Chemical Engineering Progress. ۵۰: ۷–۱۵.
  11. Theodore A. Parish, Vyacheslav V. Khromov (۱۹۹۹). 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. شابک ۹۷۸-۰-۷۹۲۳-۵۵۹۳-۹.
  12. ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ editor-in-chief, David R. Lide (۲۰۰۰). CRC handbook of chemistry and physics, 2000-2001: a ready-reference book of chemical and physical data (ویراست ۸۱st ed٫). Boca Raton, Fla.: CRC Press. شابک ۰-۸۴۹۳-۰۴۸۱-۴.
  13. P.C. Becker, N.A. Olsson, J.R. Simpson (۱۹۹۹). Erbium-doped fiber amplifiers fundamentals and technology (ویراست [Online-Ausg٫]). San Diego: Academic Press. شابک ۹۷۸-۰-۱۲-۰۸۴۵۹۰-۳.
  14. Ackermann Rober A. (۱۹۹۷). Cryogenic regenerative heat exchangers. New York, NY [u.a.]: Plenum Press. شابک ۹۷۸-۰-۳۰۶-۴۵۴۴۹-۳.