Dysprosium (Dy)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
162,5 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f10Nhiệt độ nóng chảy
1411,85 °CNhiệt độ sôi
2566,85 °CKhối lượng riêng
8550 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +1, +2, +3, +4Độ âm điện (Pauling)
1,22Năng lượng ion hóa (lần 1)
5,939061 eVNăm phát hiện
1878Bán kính nguyên tử
175 pmChi tiết
Dysprosium is a heavy lanthanide metal with atomic number 66. In compounds it is overwhelmingly trivalent, forming pale salts whose chemistry resembles that of neighboring rare earths. Its technological importance comes from an unusually large magnetic moment and strong magnetic anisotropy, especially when incorporated into high-performance permanent magnets. Natural dysprosium is a mixture of stable isotopes and is obtained with other rare earth elements rather than as a native metal.
The element has a metallic, bright silver luster. It is relatively stable in air at room temperature, and is readily attacked and dissolved by dilute and concentrated mineral acids, to evolve hydrogen. The metal is soft enough to be cut with a knife and can be machined without sparking if overheating is avoided. Small amounts of impurities can greatly affect its physical properties.
The name derives from the Greek dysprositos for "hard to get at", owing to the difficulty in separating this rare earth element from a holmium mineral in which it was found. It was discovered by the Swiss chemist Marc Delafontaine in the mineral samarskite in 1878 and called philippia. Philippia was subsequently thought to be a mixture of terbium and yttrium. It was later rediscovered in a holmium sample by the French chemist Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran in 1886, who was then credited with the discovery. Dysprosium was first isolated by the French chemist Georges Urbain in 1906.
Dysprosium was discovered by Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, a French chemist, in 1886 as an impurity in erbia, the oxide of erbium. The metal was isolated by Georges Urbain, another French chemist, in 1906. Pure samples of dysprosium were first produced in the 1950s. Today, dysprosium is primarily obtained through an ion exchange process from monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements.
From the Greek word dysprositos, meaning hard to get at. Dysprosium was discovered in 1886 by Lecoq de Boisbaudran, but not isolated. Neither the oxide nor the metal was available in relatively pure form until 1950, when the development of ion-exchange separation and metallographic reduction techniques were created by Spedding and associates. Dysprosium occurs along with other so-called rare-earth or lanthanide elements in a variety of minerals such as xenotime, fergusonite, gadolinite, euxenite, polycrase, and blomstrandine. The most important sources, however, are from monaziate and bastnasite. Dysprosium can be prepared by reduction of the trifluoride with calcium.
Pure dysprosium is a bright, silvery metal when freshly cut, but it slowly tarnishes in air. It is relatively soft and can be machined, though the metal is reactive enough that clean surfaces require protection. At ordinary temperature it is paramagnetic; it develops more ordered magnetic states only at low temperatures.
The largest practical use of dysprosium is as an additive to neodymium-iron-boron permanent magnets, where it improves resistance to demagnetization at elevated temperature. This is important in traction motors, wind-turbine generators, and compact actuators, although manufacturers try to minimize the amount used because supply is constrained. Dysprosium is also used in Terfenol-D magnetostrictive alloy, in some specialty lighting and laser materials, and as neutron-absorbing material in selected nuclear-technology applications.
There are no commercial applications for dysprosium. Since it easily absorbs neutrons and has a high melting point, dysprosium might be alloyed with steel for use in nuclear reactors. When combined with vanadium and other rare earth elements, dysprosium is used as a laser material.
Dysprosium oxide (Dy2O3), also known as dysprosia, is combined with nickel and added to a special cement used to cool nuclear reactor rods. Other dysprosium compounds include: dysprosium fluoride (DyF3), dysprosium iodide (DyI3) and dysprosium sulfate (Dy2(SO4)3).
While we have not found many applications for dysprosium, its thermal neutron absorption cross-section and high melting point suggest metallurgical uses in nuclear control applications and for alloying with special stainless steels. A dysprosium oxide-nickel cement has found use in cooling nuclear reactor rods. This cement absorbs neutrons readily without swelling or contracting under prolonged neutron bombardment. In combination with vanadium and other rare earths, dysprosium has been used in making laser materials. Dysprosium-cadmium chalcogenides, as sources of infrared radiation, have been used for studying chemical reactions.
Isotopes in Industry
The isotopes of dysprosium are highly magnetic and have been the subject of physics research involving interactions of isotopes and the structure of lattice supersolids (spatially ordered material with superfluid properties, i.e. zero viscosity). The Magneto-Optical Trapping (MOT) chamber is used for slowing atoms (isotopes) to study the physics of neutral atoms by using a laser light to cool atoms (“Doppler cooling”) and magnetic quadrupole fields to slow and “trap” the neutral atoms (Fig. IUPAC.66.1) [462] S. H. Youn, M. Lu, U. Ray, B. L. Lev. Am. Phys. Soc. Phys. Rev. A.82, 043425 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.82.043425., [463] C. M. Elliott. First Dysprosium MOT, Physics Illinois-University of Illinois at Urbana-Champaign (2017), Feb. 28; http://engineering.illinois.edu/news/article/2009-07-31-first-dysprosium-mot..
164Dy has a large neutron absorption cross section, so dysprosium is used for control rods [464] V. E. Ceron, J. G. Hirsch. Phys. Lett. B471, 1 (1999).. 161Dy has been a key isotope for studying the Mössbauer Effect, which is the resonance and absorption of gamma ray emissions on nearby atoms in a solid state [465] R. L. Cohen. Phys. Rev.137, 1809 (1965)..
Isotopes in Medicine
165Dy (with a half-life of 140 min) is commonly used in arthritis therapy (radiosynovectomy). Rheumatic inflammation of the membranes of joints is often treated by the injection of 165Dy-ferric oxide directly into the joint space of the knee. Leakage from the joint has been shown to be minimal [467] C. B. Sledge, J. D. Zuckerman, M. R. Zalutsky, R. W. Atcher, S. Shortkroff, D. R. Lionberger, H. A. Rose, B. J. Hurson, P. A. Lankenner, R. J. Anderson, W. A. Bloomer. Arthritis Rheum.29, 153 (1986)..
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
164Dy is used to produce 166Dy (with a half-life of 3.4 days) via double neutron capture [468] D. Ma, A. R. Ketring, G. J. Ehrhardt, W. Jia. J. Radioanal. Nucl. Chem.206, 119 (1996)., [469] S. Mirzadeh, R. E. Schenter, A. P. Callahan, F. F. Knapp. Production Capabilities in U.S. Nuclear Reactors for Medical Radioisotopes, Tm-12010, Oak Ridge National Laboratory Oak Ridge, Tenn (1992)., [470] S. Lahiri, K. J. Volkers, B. Wierczinski. Appl. Radiat. Isot.61, 1157 (2004).. 166Dy, which decays to 166Ho, is used in cancer and arthritis therapy [468] D. Ma, A. R. Ketring, G. J. Ehrhardt, W. Jia. J. Radioanal. Nucl. Chem.206, 119 (1996)., [471] G. Ferro-Flores, O. Hernandez-Oviedo, C. Arteaga de Murphy, J. I. Tendilla, F. Monroy-Guzman, M. Pedraza-Lopez, K. Aldama-Alvarado. Appl. Radiat. Isot.61, 1227 (2004)..
Dysprosium chemistry is dominated by the +3 oxidation state, represented by dysprosium(III) oxide, Dy₂O₃, dysprosium(III) chloride, DyCl₃, and many hydrated salts. The Dy³⁺ ion is strongly paramagnetic because of its 4f electrons, which are shielded enough to give sharp optical transitions in some host crystals. Dysprosium(II) compounds are uncommon and require strongly reducing conditions; +4 chemistry is not a normal feature of dysprosium. Many minerals contain dysprosium only as a minor component substituting for other heavy rare earth ions.
See more information at the Dysprosium compound page.
Dysprosium metal dust and filings can burn, and the metal reacts slowly with moisture to form hydrogen, H₂, and hydroxides or oxides. Soluble dysprosium salts should be handled as toxicologically uncertain rare-earth compounds rather than as harmless materials; ingestion or inhalation of dust is undesirable. Natural dysprosium is not significantly radioactive, but activated dysprosium isotopes can present radiation hazards in nuclear settings.
Dysprosium occurs dispersed in minerals such as xenotime and ion-adsorption clays, where it substitutes for other trivalent rare earth elements. Weathering and processing can mobilize rare-earth ions, but dysprosium generally has low solubility in neutral to alkaline waters because it forms insoluble phosphates, carbonates, and hydroxides. It has no known biological function. Environmental concern is usually tied to mining, acid leaching, and waste management rather than to natural background concentrations.
Dysprosium is produced as a separated rare earth from mixed ores and concentrates, not from dedicated dysprosium minerals. The main industrial challenge is separation from chemically similar lanthanides by solvent extraction or ion-exchange processes. Demand is strongly linked to high-temperature permanent magnets, while supply is limited by the availability of heavy rare-earth feedstocks. Recycling from magnets is technically possible and increasingly important, but collection, separation, and alloy complexity limit recovery. Substitution strategies include reducing dysprosium content, using grain-boundary diffusion, or redesigning motors to need less coercivity.
Usually found with erbium, holmium and other rare earths in some minerals such as monazite sand, which is often 50% rare earth by weight.
Dysprosium is a rare cosmic element. Its stable isotopes are produced mainly by slow and rapid neutron-capture processes in evolved stars and explosive stellar environments, then incorporated into interstellar dust and later planetary materials. In the Solar System it is concentrated with other refractory rare earths in silicate and phosphate phases rather than in metallic cores or volatile reservoirs.
- The name dysprosium comes from a Greek word meaning “hard to get at,” reflecting its difficult separation from other lan
- Dysprosium has one of the highest thermal-neutron absorption cross sections among stable elements.
- A small dysprosium addition can greatly raise the coercivity of Nd₂Fe₁₄B-based magnets.
- The isotope ¹⁶⁴Dy is the most abundant naturally occurring dysprosium isotope.
- Dysprosium metal can be cut with ordinary tools, but fresh surfaces tarnish readily.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 175 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 192 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 229 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 8550 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,019 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 1411,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 2566,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Độ dẫn nhiệt
- 10,7 W/(m·K) So sánh Độ dẫn nhiệt của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,173 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 28,16 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,22 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Ái lực electron
- 0,352 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 5,939061 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 11,64704 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 22,890079 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 41,230142 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 62,100214 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +1, +2, +3, +4 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f10
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,11504379 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 2,38379 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 3,016013 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 3,016013 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 3,009794 eV
Hạt nhân
- Proton
- 66 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 98 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 39 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 6 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Dy-164
- Năm phát hiện
- 1878
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 5,2 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 9,1 × 10−7 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 359 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 28, 8, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7429-91-6 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 5I8
- InChI
- InChI=1S/Dy
- Khóa InChI
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Dy: 4f¹⁰ 6s²[Xe] 4f¹⁰ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁰ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 158 Bền | 157,9244159 ± 0,0000031 | 0,0950% | Bền |
| 160 Bền | 159,9252046 ± 0,000002 | 2,3290% | Bền |
| 161 Bền | 160,9269405 ± 0,000002 | 18,8890% | Bền |
| 162 Bền | 161,9268056 ± 0,000002 | 25,4750% | Bền |
| 163 Bền | 162,9287383 ± 0,000002 | 24,8960% | Bền |
| 164 Bền | 163,9291819 ± 0,000002 | 28,2600% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (1411,85 °C) một lượng 1386,8 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 66. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Dy I | 0 | 230 | 73 | 73 |
| Dy II | +1 | 421 | 17 | 17 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| Dy I | 0 | 740 |
| Dy II | +1 | 576 |
| Dy III | +2 | 2 |
| Dy IV | +3 | 13 |
| Dy V | +4 | 2 |
| Dy VI | +5 | 2 |
| Dy VII | +6 | 2 |
| Dy VIII | +7 | 2 |
| Dy IX | +8 | 2 |
| Dy X | +9 | 2 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +2 | 6 | Không có | 107 pm |
| +2 | 7 | Không có | 112.99999999999999 pm |
| +2 | 8 | Không có | 119 pm |
| +3 | 6 | Không có | 91.2 pm |
| +3 | 7 | Không có | 97 pm |
| +3 | 8 | Không có | 102.69999999999999 pm |
| +3 | 9 | Không có | 108.3 pm |
Hợp chất
Đồng vị (6)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 158 Bền | 157,9244159 ± 0,0000031 | 0,0950% ± 0,0030% | Bền | stable | |
| 160 Bền | 159,9252046 ± 0,000002 | 2,3290% ± 0,0180% | Bền | stable | |
| 161 Bền | 160,9269405 ± 0,000002 | 18,8890% ± 0,0420% | Bền | stable | |
| 162 Bền | 161,9268056 ± 0,000002 | 25,4750% ± 0,0360% | Bền | stable | |
| 163 Bền | 162,9287383 ± 0,000002 | 24,8960% ± 0,0420% | Bền | stable | |
| 164 Bền | 163,9291819 ± 0,000002 | 28,2600% ± 0,0540% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 167 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 133 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 287 pm
- UFF
- 342,8 pm
- MM3
- 290 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 275 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 31
- Pettifor
- 25
- Glawe
- 24
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 163 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 15 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2430 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 19 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1685,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 2840,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (13)
| n | Orbital | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,2914 |
| 2 | p | 4,3204 |
| 2 | s | 17,2906 |
| 3 | d | 13,6701 |
| 3 | p | 20,1195 |
| 3 | s | 20,6067 |
| 4 | d | 34,982 |
| 4 | f | 39,464 |
| 4 | p | 32,174 |
| 4 | s | 31,408 |
Chi tiết bán kính tinh thể (7)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 2 | VI | 121 | ||
| 2 | VII | 127 | ||
| 2 | VIII | 133 | ||
| 3 | VI | 105,2 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VII | 111 | ||
| 3 | VIII | 116,7 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 122,3 | from r^3 vs V plots, |
Các kiểu phân rã đồng vị (56)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 138 | B+ | — |
| 138 | B+p | — |
| 139 | B+ | 100% |
| 139 | B+p | 11% |
| 140 | B+ | — |
| 140 | B+p | — |
| 141 | B+ | 100% |
| 141 | B+p | — |
| 142 | B+ | 100% |
| 142 | e+ | 90% |
Hệ số tán xạ tia X (514)
| Năng lượng (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,15635 |
| 10,1617 | — | 0,1621 |
| 10,3261 | — | 0,16806 |
| 10,4931 | — | 0,17425 |
| 10,6628 | — | 0,18066 |
| 10,8353 | — | 0,18731 |
| 11,0106 | — | 0,19421 |
| 11,1886 | — | 0,20135 |
| 11,3696 | — | 0,20876 |
| 11,5535 | — | 0,21654 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
5.2 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Dysprosium https://education.jlab.org/itselemental/ele066.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
9.1×10-7 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Dysprosium https://education.jlab.org/itselemental/ele066.html
Tài liệu tham khảo
(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 Dysprosium.
The element property data was retrieved from publications.