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7429-91-6 / 鏑的性質(zhì)與應(yīng)用

鏑(英語(yǔ):Dysprosium)是一種化學(xué)元素,符號(hào)為Dy,原子序?yàn)?6。鏑屬于稀土元素,其外觀具銀色金屬光澤。鏑在大自然中不以單質(zhì)出現(xiàn),而是包含在多種礦物之中,例如磷釔礦。自然形成的鏑由7種同位素組成,其中豐度最高的是164Dy。

1886年保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭首次辨認(rèn)出鏑元素,但要直到1950年代離子交換技術(shù)的發(fā)展后,才有純態(tài)的鏑金屬被分離出來(lái)。由于其熱中子吸收截面很高,所以在核反應(yīng)堆中被用作控制棒;其磁化率亦很高,所以可用于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)上,以及做Terfenol-D材料的成分。可溶鏑鹽具有微毒性,不可溶鏑鹽則無(wú)毒。

鏑的性質(zhì)與應(yīng)用

性質(zhì)

鏑是一種稀土元素,呈亮銀色金屬光澤。鏑金屬質(zhì)軟,可以用小刀切割。在沒(méi)有過(guò)熱的情況下,其加工過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生火花。就算是少量的雜質(zhì)也會(huì)大大改變鏑的物理性質(zhì)。

鏑和鈥擁有所有元素中最高的磁強(qiáng)度,這在低溫狀態(tài)下更為顯著。鏑在85 K(−188.2 °C)以下具有簡(jiǎn)單的鐵磁序,但在這一溫度以上會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N螺旋形反鐵磁狀態(tài),其中特定基面上所有原子的磁矩都互相平行,并相對(duì)相鄰平面的磁矩有固定的角度。這種奇特的反鐵磁性在溫度達(dá)到179 K(−94 °C)時(shí)再轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序順磁態(tài)。

鏑金屬在空氣中緩慢氧化并失去光澤,其燃燒反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氧化鏑:

4 Dy + 3 O2→ 2 Dy2O3

鏑的電正性較高,它會(huì)在冷水中慢速進(jìn)行反應(yīng),在熱水中快速反應(yīng),并產(chǎn)生氫氧化鏑:

2 Dy (s) + 6 H2O (l) → 2 Dy(OH)3(aq) + 3 H2(g)

在200°C以上,鏑金屬會(huì)和所有鹵素反應(yīng):

2 Dy (s) + 3 F2(g) → 2 DyF3(s)(綠色)
2 Dy (s) + 3 Cl2(g) → 2 DyCl3(s)(白色)
2 Dy (s) + 3 Br2(g) → 2 DyBr3(s)(白色)
2 Dy (s) + 3 I2(g) → 2 DyI3(s)(綠色)

鏑會(huì)在稀硫酸中迅速溶解,形成含有鏑(III)離子的黃色溶液。反應(yīng)的產(chǎn)物硫酸鏑(III)有明顯的順磁性。

應(yīng)用

鏑與釩及其他元素一起,可用于激光材料和商業(yè)照明應(yīng)用上。由于鏑的熱中子吸收截面很高,所以氧化鏑-鎳金屬陶瓷是一種核反應(yīng)堆控制棒材料。鏑-鎘氧族元素化合物是紅外線輻射源,能用于研究化學(xué)反應(yīng)。鏑及其化合物有很強(qiáng)的磁性,所以在硬盤等數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置中都有用到。

釹-鐵-硼磁鐵中釹部分可以替換為鏑,以提高矯頑力,從而改善磁鐵的耐熱性能,用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等性能要求較高的應(yīng)用上。用了這種磁鐵的汽車每輛可含高達(dá)100克的鏑。根據(jù)豐田汽車每年200萬(wàn)輛車的預(yù)計(jì)銷售量,很快就會(huì)耗盡全球鏑金屬的供應(yīng)。替換成鏑的磁鐵還具有較高的抗腐蝕性。

鏑、鐵和鋱是Terfenol-D材料的組成元素。Terfenol-D是常溫下磁致伸縮性最強(qiáng)的已知物料。這種性質(zhì)可用于換能器、寬頻機(jī)械共鳴管和高精度液態(tài)燃料噴射器。

鏑被用于劑量計(jì)中,測(cè)量致電離輻射量。當(dāng)摻有鏑的硫化鈣或氟化鈣受輻射照射時(shí),鏑原子會(huì)進(jìn)入激發(fā)態(tài)并發(fā)光。通過(guò)測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度可以推算出輻射劑量。

鏑化合物納米纖維具有高強(qiáng)度、高表面積,所以可以用來(lái)加強(qiáng)其他材料或作催化劑。在450巴壓力下對(duì)DyBr3和NaF的水溶液加熱17小時(shí)至450°C,可以制成氟氧化鏑纖維。這種材料在超過(guò)400°C高溫下,可以在各種水溶液中存留超過(guò)100小時(shí)而不會(huì)溶解或集聚。

一些高強(qiáng)度金屬鹵化物燈用到碘化鏑和溴化鏑。這些化合物在燈的中心高溫處分解,釋放出游離鏑原子。這些原子會(huì)發(fā)出綠光和紅光。

隔熱退磁冰箱用到某些順磁性鏑鹽晶體,包括鏑鎵石榴石(DGG)、鏑鋁石榴石(DAG)和鏑鐵石榴石(DyIG)等。

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