ธาตุหายากมหัศจรรย์: ดิสโพรเซียม

ดิสโพรเซียม,สัญลักษณ์ Dy และเลขอะตอม 66 เป็นธาตุหายากที่มีความวาวเป็นโลหะ ดิสโพรเซียมไม่เคยถูกพบเป็นสารเดี่ยวในธรรมชาติเลย แม้ว่าจะมีอยู่ในแร่ธาตุต่างๆ เช่น อิตเทรียมฟอสเฟตก็ตาม

ความอุดมสมบูรณ์ของดิสโพรเซียมในเปลือกโลกคือ 6ppm ซึ่งต่ำกว่า

อิตเทรียมในธาตุหายากที่มีน้ำหนักมาก ถือเป็นธาตุหนักที่มีค่อนข้างมาก

ธาตุหายากและเป็นทรัพยากรพื้นฐานที่ดีสำหรับการใช้งาน

ดิสโพรเซียมในสถานะธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป 7 ชนิด โดยไอโซโทปที่พบมากที่สุดคือ 164 Dy

ดิสโพรเซียมถูกค้นพบครั้งแรกโดยพอล อคิลเล็ค เดอ บอสโปลันด์ในปี พ.ศ. 2429 แต่จนกระทั่งมีการพัฒนาเทคโนโลยีแลกเปลี่ยนไอออนในช่วงทศวรรษปี พ.ศ. 2493 จึงแยกออกมาได้อย่างสมบูรณ์ ดิสโพรเซียมมีการนำไปใช้ค่อนข้างน้อยเนื่องจากไม่สามารถแทนที่ด้วยธาตุเคมีอื่นได้

เกลือดิสโพรเซียมที่ละลายน้ำได้จะมีความเป็นพิษเล็กน้อย ในขณะที่เกลือที่ไม่ละลายน้ำถือว่าไม่มีพิษ

การค้นพบประวัติศาสตร์

ค้นพบโดย: L. Boisbaudran, ฝรั่งเศส

ค้นพบในปี พ.ศ. 2429 ในประเทศฝรั่งเศส

หลังจากที่มอสแซนเดอร์แยกทางกันเออร์เบียมโลกและเทอร์เบียมโลกจากอิตเทรียมเอิร์ธในปี 1842 นักเคมีหลายคนใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อระบุและกำหนดว่าสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ออกไซด์บริสุทธิ์ของธาตุ ซึ่งทำให้เคมีพยายามแยกพวกมันต่อไป เจ็ดปีหลังจากแยกโฮลเมียม ในปี 1886 บูวาบาดร็องด์แบ่งโฮลเมียมออกเป็นสองส่วนและคงโฮลเมียมไว้ โดยโฮลเมียมอีกชนิดหนึ่งมีชื่อว่าดิสโพรเซียมซึ่งมีสัญลักษณ์ธาตุคือ Dy คำนี้มาจากคำภาษากรีกว่าดิสโพรซิโตสและแปลว่า "หายาก" ด้วยการค้นพบดิสโพรเซียมและธาตุหายากอื่นๆ การค้นพบธาตุหายากอีกครึ่งหนึ่งของขั้นตอนที่สามก็เสร็จสมบูรณ์

โครงสร้างอิเล็กตรอน

เค้าโครงอิเล็คทรอนิกส์ :

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10

ไอโซโทป

ในสถานะธรรมชาติ ดิสโพรเซียมประกอบด้วยไอโซโทป 7 ชนิด ได้แก่ 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy และ 164Dy ไอโซโทปเหล่านี้ถือว่าเสถียร แม้ว่าจะมีการสลายตัวของ 156Dy โดยมีครึ่งชีวิตมากกว่า 1 * 1018 ปี ในบรรดาไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 164Dy มีมากที่สุดที่ 28% รองลงมาคือ 162Dy ที่ 26% 156Dy มีน้อยที่สุดที่ 0.06% นอกจากนี้ยังสังเคราะห์ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีได้ 29 ชนิด โดยมีมวลอะตอมตั้งแต่ 138 ถึง 173 ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ 154Dy ซึ่งมีครึ่งชีวิตประมาณ 3106 ปี รองลงมาคือ 159Dy ซึ่งมีครึ่งชีวิต 144.4 วัน 138 Dy เป็นธาตุที่ไม่เสถียรที่สุด โดยมีครึ่งชีวิต 200 มิลลิวินาที โดย 154Dy เกิดจากการสลายตัวของอัลฟาเป็นหลัก ในขณะที่การสลายตัวของ 152Dy และ 159Dy เกิดจากการจับอิเล็กตรอนเป็นหลัก

โลหะ

ดิสโพรเซียมมีความวาวของโลหะและวาวของเงินที่สดใส ดิสโพรเซียมค่อนข้างอ่อนและสามารถกลึงได้โดยไม่เกิดประกายไฟหากหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนสูงเกินไป คุณสมบัติทางกายภาพของดิสโพรเซียมได้รับผลกระทบจากสิ่งเจือปนแม้เพียงเล็กน้อย ดิสโพรเซียมและโฮลเมียมมีความแข็งแรงของแม่เหล็กสูงสุด โดยเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำ แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตดิสโพรเซียมธรรมดาจะกลายเป็นสถานะแอนตี้เฟอร์โรแมกเนตแบบเกลียวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 85 K (-188.2 C) และสูงกว่า 85 K (-188.2 C) โดยที่อะตอมทั้งหมดขนานกับชั้นล่างในช่วงเวลาที่กำหนดและหันหน้าไปทางชั้นที่อยู่ติดกันในมุมคงที่ แอนตี้เฟอร์โรแมกเนตที่ผิดปกตินี้จะเปลี่ยนเป็นสถานะผิดปกติ (พาราแมกเนต) ที่อุณหภูมิ 179 K (-94 C)

แอปพลิเคชัน:

(1) การเติมดิสโพรเซียมเหล็กโบรอนประมาณ 2-3% ลงในแม่เหล็กประเภทนี้เป็นสารเติมแต่งสำหรับแม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน สามารถเพิ่มแรงกดแม่เหล็กได้ ในอดีต ความต้องการดิสโพรเซียมไม่สูงนัก แต่เมื่อความต้องการแม่เหล็กนีโอดิเมียมเหล็กโบรอนเพิ่มขึ้น ดิสโพรเซียมจึงกลายมาเป็นสารเติมแต่งที่จำเป็น โดยมีเกรดประมาณ 95-99.9% และความต้องการก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน

(2) ดิสโพรเซียมใช้เป็นตัวกระตุ้นสำหรับฟอสเฟอร์ และดิสโพรเซียมไตรวาเลนต์เป็นไอออนกระตุ้นที่มีแนวโน้มดีสำหรับวัสดุเรืองแสงไตรคัลเลอร์แบบศูนย์กลางการเปล่งแสงเดี่ยว ดิสโพรเซียมประกอบด้วยแถบการเปล่งแสงสองแถบหลัก แถบหนึ่งเป็นการเปล่งแสงสีเหลือง และอีกแถบเป็นการเปล่งแสงสีน้ำเงิน วัสดุเรืองแสงที่เจือปนด้วยดิสโพรเซียมสามารถใช้เป็นฟอสเฟอร์ไตรคัลเลอร์ได้

(3) ดิสโพรเซียมเป็นวัตถุดิบโลหะที่จำเป็นสำหรับการเตรียมเทอร์ฟีนอลซึ่งเป็นโลหะผสมแมกนีโตสตริกทีฟขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยให้สามารถเคลื่อนไหวทางกลได้อย่างแม่นยำ

(4)โลหะดิสโพรเซียม สามารถใช้เป็นวัสดุจัดเก็บแม่เหล็กออปติกที่มีความเร็วในการบันทึกและความไวในการอ่านสูง

(5) สำหรับการเตรียมหลอดดิสโพรเซียม สารทำงานที่ใช้ในหลอดดิสโพรเซียมคือดิสโพรเซียมไอโอไดด์ หลอดประเภทนี้มีข้อดี เช่น ความสว่างสูง สีสวย อุณหภูมิสีสูง ขนาดเล็ก และอาร์กเสถียร หลอดประเภทนี้ใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับภาพยนตร์ การพิมพ์ และการใช้งานให้แสงสว่างอื่นๆ

(6) เนื่องจากธาตุดิสโพรเซียมมีพื้นที่หน้าตัดการจับนิวตรอนขนาดใหญ่ จึงใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานปรมาณูเพื่อวัดสเปกตรัมนิวตรอนหรือเป็นตัวดูดซับนิวตรอน

(7) Dy3Al5O12 ยังสามารถใช้เป็นสารทำงานแม่เหล็กสำหรับการทำความเย็นด้วยแม่เหล็กได้ด้วย ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สาขาการประยุกต์ใช้ดิสโพรเซียมจะขยายตัวและขยายตัวต่อไป

(8) เส้นใยนาโนสารประกอบดิสโพรเซียมมีความแข็งแรงและพื้นที่ผิวสูง จึงสามารถใช้เสริมความแข็งแรงให้กับวัสดุอื่นหรือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ การให้ความร้อนสารละลาย DyBr3 และ NaF ในน้ำที่ความดัน 450 บาร์เป็นเวลา 17 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 450 °C สามารถผลิตเส้นใยดิสโพรเซียมฟลูออไรด์ได้ วัสดุนี้สามารถคงอยู่ในสารละลายในน้ำต่างๆ ได้นานกว่า 100 ชั่วโมงโดยไม่ละลายหรือรวมตัวกันที่อุณหภูมิเกิน 400 °C

(9) ตู้เย็นสำหรับการกำจัดแม่เหล็กใช้ผลึกเกลือดิสโพรเซียมพาราแมกเนติกบางชนิด ได้แก่ ดิสโพรเซียมแกลเลียมการ์เนต (DGG) ดิสโพรเซียมอะลูมิเนียมการ์เนต (DAG) และดิสโพรเซียมเหล็กการ์เนต (DyIG)

(10) สารประกอบธาตุกลุ่มออกไซด์ของแคดเมียมไดสโพรเซียมเป็นแหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดที่สามารถใช้ในการศึกษาปฏิกิริยาเคมีได้ ไดสโพรเซียมและสารประกอบของไดสโพรเซียมมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง ทำให้มีประโยชน์ในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล เช่น ฮาร์ดไดรฟ์

(11) ชิ้นส่วนนีโอไดเมียมของแม่เหล็กนีโอไดเมียมโบรอนเหล็กสามารถแทนที่ด้วยดิสโพรเซียมเพื่อเพิ่มแรงกดและปรับปรุงความต้านทานความร้อนของแม่เหล็ก ใช้ในแอปพลิเคชันที่มีความต้องการประสิทธิภาพสูง เช่น มอเตอร์ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ที่ใช้แม่เหล็กประเภทนี้สามารถบรรจุดิสโพรเซียมได้มากถึง 100 กรัมต่อคัน ตามยอดขายประจำปีโดยประมาณของโตโยต้าที่ 2 ล้านคัน ในไม่ช้านี้อุปทานโลหะดิสโพรเซียมทั่วโลกจะหมดลง แม่เหล็กที่แทนที่ด้วยดิสโพรเซียมยังมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงอีกด้วย

(12) สารประกอบดิสโพรเซียมสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการกลั่นน้ำมันและอุตสาหกรรมเคมี หากเติมดิสโพรเซียมเป็นโปรโมเตอร์โครงสร้างในตัวเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียเฟอร์ริโอออกไซด์ จะสามารถปรับปรุงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาและความต้านทานความร้อนของตัวเร่งปฏิกิริยาได้ ดิสโพรเซียมออกไซด์สามารถใช้เป็นวัสดุส่วนประกอบเซรามิกไดอิเล็กตริกความถี่สูงที่มีโครงสร้างเป็น Mg0-Ba0-Dy0n-Ti02 ซึ่งสามารถใช้สำหรับเรโซเนเตอร์ไดอิเล็กตริก ตัวกรองไดอิเล็กตริก ไดเพล็กเซอร์ไดอิเล็กตริก และอุปกรณ์สื่อสาร