Эрбий (Er)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
167,259 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f12Температура плавления
1528,85 °CТемпература кипения
2867,85 °CПлотность
9070 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,24Энергия ионизации (1-я)
6,1077 eVГод открытия
1843Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Эрбий — лантаноидный металл и один из более тяжёлых редкоземельных элементов. В соединениях он определяется степенью окисления +3, что придаёт многим солям характерную бледно-розовую окраску. Его наибольшее технологическое значение связано с оптическими переходами ионов Er³⁺, особенно в кварцевом стекле, где они обеспечивают усиление около 1,55 мкм для волоконно-оптической связи. В природе он встречается вместе с другими редкоземельными элементами, а не как самородный металл.
Чистый металл мягок и ковок и обладает ярким, серебристым металлическим блеском. Как и у других редкоземельных металлов, его свойства в определенной степени зависят от присутствующих примесей. Металл достаточно устойчив на воздухе и окисляется не так быстро, как некоторые другие редкоземельные металлы. Природный эрбий представляет собой смесь шести изотопов, все из которых стабильны. Также признаны девять радиоактивных изотопов эрбия. Недавние методы получения, использующие реакции ионного обмена, привели в последние годы к значительному снижению цен на редкоземельные металлы и их соединения. Большинство оксидов редкоземельных элементов имеют резкие полосы поглощения в видимой, ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях. Это свойство, связанное с электронной структурой, придает многим солям редкоземельных элементов красивые пастельные цвета.
Название происходит от шведского города Иттербю, где впервые разрабатывали руду гадолинит (в которой он был найден). Эрбий был открыт шведским хирургом и химиком Карлом-Густавом Мосандером в 1843 году в образце иттрия. Он разделил иттрий на иттрий, розовоокрашенную соль, которую он назвал тербием, и глубоко-жёлтую перекись, которую он назвал эрбием.
Минерал гадолинит ((Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10), обнаруженный в карьере близ города Иттербю, Швеция, стал источником большого числа редкоземельных элементов. В 1843 году Карл Густав Мосандер, шведский химик, сумел разделить гадолинит на три вещества, которые он назвал иттрией, эрбией и тербией. Как и следовало ожидать, учитывая сходство их названий и свойств, учёные вскоре перепутали эрбию и тербию, и к 1877 году их названия были поменяны местами. То, что Мосандер называл эрбией, теперь называется тербией и наоборот. Из этих двух веществ Мосандер открыл два новых элемента — тербий и эрбий. Сегодня эрбий в основном получают ионообменным процессом из минералов ксенотим (YPO4) и эвксенит ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)2O6).
Эрбий, один из так называемых редкоземельных элементов ряда лантаноидов, встречается в минералах, упомянутых в разделе о диспрозии. В 1842 году Мосандер разделил найденную в минерале гадолините «иттрию» на три фракции, которые он назвал иттрией, эрбией и тербией. В этот ранний период названия эрбия и тербия были перепутаны. После 1860 года тербия Мосандера стала называться эрбией, а после 1877 года ранее известная эрбия стала тербией. Эрбия этого периода позднее оказалась состоящей из пяти оксидов, ныне известных как эрбия, скандия, гольмия, тулия и итттербия. К 1905 году Урбен и Джеймс независимо друг от друга успешно выделили достаточно чистый Er2O3. Клемм и Боммер впервые получили достаточно чистый металлический эрбий в 1934 году путём восстановления безводного хлорида парами калия.
Чистый эрбий — серебристо-белый металл с металлическим блеском. Он мягкий и ковкий по сравнению со многими распространенными конструкционными металлами и медленно тускнеет на воздухе по мере образования оксидного слоя. Мелкоизмельченный эрбий реагирует легче, чем массивные куски.
Кремнеземное стекло, легированное эрбием, используется в оптических усилителях на волокнах и некоторых волоконных лазерах, где Er³⁺ излучает в низкопотерном телекоммуникационном окне. Кристаллы и стекла, легированные эрбием, также используются в твердотельных лазерах, включая медицинские и стоматологические лазерные системы, которые сильно поглощаются водой. Небольшие добавки эрбия могут изменять свойства некоторых сплавов и ядерных материалов, но по сравнению с оптическими применениями эти области использования ограничены. Оксид эрбия используется как розовый краситель в стекле и керамике.
Эрбий легируют с ванадием, чтобы сделать его более мягким и легче поддающимся обработке. Эрбий добавляют в волоконно-оптические кабели в качестве легирующей добавки, где он используется как усилитель сигнала. Эрбий также имеет некоторые применения в ядерной энергетике.
Эрбия, переименованный материал, который Мосандер открыл в 1843 году, представляет собой оксид эрбия (Er2O3), одно из соединений эрбия. Эрбия имеет розовый цвет и используется для окрашивания стекла и глазурей. Другие соединения эрбия включают: фторид эрбия (ErF3), хлорид эрбия (ErCl3) и иодид эрбия (ErI3).
Эрбий находит применение в ядерной и металлургической областях. Например, при добавлении к ванадию эрбий снижает твердость и улучшает обрабатываемость. Оксид эрбия придает розовый цвет и использовался как краситель в стеклах и глазурях фарфоровой эмали.
Изотопы в биологии
Таблетки с меченым радионуклидом 171Er (с периодом полураспада 7,5 ч) использовались для изучения перистальтики кишечника у людей с помощью внешней сцинтиграфии. Такие таблетки имеют кишечнорастворимую оболочку и первоначально содержат небольшие количества стабильного оксида эрбия (170Er). Затем таблетки облучают при низком нейтронном потоке для получения радиоактивно меченых таблеток 171Er посредством реакции 170Er (n, γ) 171Er. Этот метод представляет собой неинвазивный подход к определению скорости опорожнения желудка и визуализации сегментов пищеварительной системы у человека [479] A. Parr, R. M. Beihn, M. Jay. Int. J. Pharm.32, 251 (1986)., [480] M. C. Theodorakis. Am. Physiol. Soc. Gastrointest. Liver Physiol.239, G39 (1980)..
Изотопы в медицине
169Er (с периодом полураспада 9,4 дня) используется в радиосиновэктомии, которая является регулярно применяемой радиотерапией у пациентов с ревматоидным артритом, состояние которых устойчиво к стандартным методам лечения (рис. IUPAC.68.1). Ревматоидный артрит — это хроническое воспалительное аутоиммунное заболевание суставной капсулы (синовиального мешка), выстланной тонкой мембраной, называемой синовием, подвижных суставов человека (синовиальных суставов). При радиосиновэктомии радиофармацевтический препарат, называемый 169Er-цитратным коллоидом, содержащий коллоидные частицы, меченные β-излучающим 169Er, непосредственно вводят в синовиальную полость (полость между костями в подвижном суставе внутри синовия) пораженного сустава. Затем эти радиоактивные коллоидные частицы фагоцитируются (поглощаются) макрофагоподобными синовиоцитами, а также другими фагоцитирующими воспалительными клетками в синовии пациента. Некроз (гибель ткани) и торможение клеточной пролиферации (увеличения числа клеток) являются следствием облучения синовия и, следовательно, временно останавливают синовит (то есть состояние, при котором синовий утолщается вследствие воспаления) и улучшают функцию синовиального сустава [481] F. M. van der Zanta, Z. N. Jahangierb, G. G. M. Gommansa, J. D. Moolenburghc, J. W. G. Jacobs. Appl. Radiat. Isot.65, 649 (2007)., [482] S. J. Kim, K. A. Jung. Clin. Med. Res.5, 244 (2007)., [483] M. E. A. McNeil. The First Year Rheumatoid Arthritis: An Essential Guide for the Newly Diagnosed, Marlowe & Company, New York, NY (2005)., [484] G. Prabhakar, S. S. Sachdev, N. Sivaprasad. Pharma Times41, 11 (2009)..
Химия эрбия типична для трёхвалентных лантанидов. Оксид эрбия(III), Er₂O₃, — стабильный розовый оксид и важный коммерческий промежуточный продукт. Хлорид эрбия(III), ErCl₃, и нитрат эрбия(III), Er(NO₃)₃, образуют гидратированные соли, используемые в препаративной химии и исследованиях. Er³⁺ является жёсткой кислотой Льюиса и образует комплексы с лигандами, содержащими атомы-доноры кислорода и азота. Состояние +2 встречается редко и является сильным восстановителем; состояние +4 не является обычной частью химии эрбия в нормальных условиях.
See more information at the Erbium compound page.
Металлический эрбий обладает низкой острой токсичностью, однако пыль или стружка могут представлять пожарную опасность и опасность при вдыхании, как и многие мелкодисперсные реакционноспособные металлы. Растворимые соли эрбия следует рассматривать как раздражающие вещества и потенциальные системные токсиканты, поскольку ионы редкоземельных элементов могут взаимодействовать с биологическими лигандами. Эрбий не имеет известной жизненно важной биологической роли. Природный эрбий лишь слабо радиоактивен в практическом смысле; изотопоспецифические радиационные опасности относятся главным образом к искусственно полученным радиоизотопам.
Эрбий рассеян в земной коре в редкоземельных минералах, таких как монацит и ксенотим, всегда в смеси с химически сходными лантаноидами. Выветривание может высвобождать Er³⁺ в почвы и осадки, где он, как правило, связывается с глинами, фосфатами, карбонатами и органическим веществом, а не остаётся высокоподвижным. У него не установлена биологическая функция, а экологическая обеспокоенность обычно связана с добычей, реагентами для разделения и потоками отходов, а не с самим эрбием.
Эрбий получают как побочный продукт добычи и разделения редкоземельных элементов, а не из руд, добываемых специально ради эрбия. Переработка основана на методах экстракции растворителем или ионного обмена для отделения его от соседних лантаноидов с очень похожей химией. Спрос носит специализированный характер и тесно связан с оптическими материалами, лазерами и красителями, поэтому рынок значительно меньше, чем у основных лёгких редкоземельных элементов или магнитных материалов. Рециркуляция ограничена, поскольку эрбий часто присутствует в виде разбавленной добавки в стекле или керамике, где извлечение технически возможно, но редко экономически оправдано.
Встречается вместе с другими более тяжёлыми редкоземельными элементами в ксенотиме и эуксените.
Эрбий — следовый элемент в космосе. Его стабильные изотопы были образованы главным образом в результате медленных и быстрых процессов захвата нейтронов в более ранних поколениях звёзд, после чего вошли в состав межзвёздной пыли и затем планетарного вещества. В метеоритах и скалистых планетах он ведёт себя как тугоплавкий литофильный редкоземельный элемент и концентрируется вместе с другими лантаноидами, а не образует отдельные фазы.
- Название эрбий происходит от Ytterby, шведской деревни, которая также дала названия иттрию, тербию и иттербию.
- Er³⁺ в стекле может усиливать свет непосредственно внутри оптического волокна, не преобразуя сигнал в электричество.
- Оксид эрбия розовый, хотя чистый металл имеет серебристый цвет.
- Природный эрбий содержит несколько стабильных изотопов, из которых наиболее распространён ¹⁶⁶Er.
- Открытия эрбия и гольмия исторически были тесно связаны, поскольку оксиды редкоземельных элементов было трудно разделять.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 189 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 235 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 9070 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0184 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1528,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 2867,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,168 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 28,12 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,24 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,312 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,1077 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,916041 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 22,700078 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 42,420146 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 65,100224 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f12
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,11815308 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 2,902005 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,285485 eV
- Теплота атомизации
- 3,285485 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,279266 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 68 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 98 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 39 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 4 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Er-166
- Год открытия
- 1843
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 3,5 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 8,7 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 356 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 30, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-52-0 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 3H6
- InChI
- InChI=1S/Er
- Ключ InChI
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Er: 4f¹² 6s²[Xe] 4f¹² 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹² 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 164 Стабильный | 163,9292088 ± 0,000002 | 1,6010% | Стабильный |
| 166 Стабильный | 165,9302995 ± 0,0000022 | 33,5030% | Стабильный |
| 167 Стабильный | 166,9320546 ± 0,0000022 | 22,8690% | Стабильный |
| 168 Стабильный | 167,9323767 ± 0,0000022 | 26,9780% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1503,8 °C ниже температуры плавления (1528,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 68. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Er I | 0 | 232 | 11 | 13 |
| Er II | +1 | 285 | 11 | 12 |
| Er III | +2 | 120 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Er I | 0 | 674 |
| Er II | +1 | 362 |
| Er III | +2 | 53 |
| Er IV | +3 | 10 |
| Er V | +4 | 2 |
| Er VI | +5 | 2 |
| Er VII | +6 | 2 |
| Er VIII | +7 | 2 |
| Er IX | +8 | 2 |
| Er X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 89 пм |
| +3 | 7 | Нет данных | 94.5 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 100.4 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 106.2 пм |
Соединения
Изотопы (4)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 164 Стабильный | 163,9292088 ± 0,000002 | 1,6010% ± 0,0030% | Стабильный | stable | |
| 166 Стабильный | 165,9302995 ± 0,0000022 | 33,5030% ± 0,0360% | Стабильный | stable | |
| 167 Стабильный | 166,9320546 ± 0,0000022 | 22,8690% ± 0,0090% | Стабильный | stable | |
| 168 Стабильный | 167,9323767 ± 0,0000022 | 26,9780% ± 0,0180% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 165 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 133 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 283 pm
- UFF
- 339,1 pm
- MM3
- 267 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 272 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 35
- Pettifor
- 23
- Glawe
- 22
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 150 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 10 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2150 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 18,45 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1802,15 K |
| Температура кипения | 3141,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,3263 |
| 2 | p | 4,346 |
| 2 | s | 17,7984 |
| 3 | d | 13,6397 |
| 3 | p | 20,3891 |
| 3 | s | 20,9231 |
| 4 | d | 35,7288 |
| 4 | f | 40,0216 |
| 4 | p | 32,8908 |
| 4 | s | 31,768 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (4)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 103 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VII | 108,5 | ||
| 3 | VIII | 114,4 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 120,2 | from r^3 vs V plots, |
Типы распада изотопов (52)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 142 | p | — |
| 143 | B+ | — |
| 143 | B+p | — |
| 144 | B+ | — |
| 145 | B+ | 100% |
| 145 | B+p | — |
| 146 | B+ | 100% |
| 146 | B+p | — |
| 147 | B+ | 100% |
| 147 | B+p | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,18333 |
| 10,1617 | — | 0,18626 |
| 10,3261 | — | 0,18925 |
| 10,4931 | — | 0,19229 |
| 10,6628 | — | 0,19537 |
| 10,8353 | — | 0,1985 |
| 11,0106 | — | 0,20168 |
| 11,1886 | — | 0,20739 |
| 11,3696 | — | 0,21399 |
| 11,5535 | — | 0,2208 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
3.5 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
8.7×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Erbium.
The element property data was retrieved from publications.