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Erbium

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Eigenschaften
Allgemein
Name,Symbol,OrdnungszahlErbium, Er, 68
ElementkategorieLanthanoide
Gruppe,Periode,BlockLa,6,f
Aussehensilbrig weiß
CAS-Nummer

7440-52-0

EG-Nummer231-160-1
ECHA-InfoCard100.028.327
Massenanteil an derErdhülle2,3 ppm (56. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse167,259(3)[3]u
Atomradius (berechnet)175 (226)pm
Kovalenter Radius189 pm
Elektronenkonfiguration[Xe] 4f12 6s2
1.Ionisierungsenergie6.1077(10)eV[4]589.3kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie11.916(20) eV[4]1149.7 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie22.70(3) eV[4]2190 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie42.42(4) eV[4]4090 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie65.1(4) eV[4]6280 kJ/mol[5]
Physikalisch[2]
Aggregatzustandfest
Kristallstrukturhexagonal
Dichte9,045 g/cm3 (25°C)[6]
Magnetismusparamagnetisch (χm = 0,033)[7]
Schmelzpunkt1802K (1529 °C)
Siedepunkt3173 K[8] (2900 °C)
Molares Volumen18,46 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie280 kJ·mol−1[8]
Schmelzenthalpie19,9 kJ·mol−1
Elektrische Leitfähigkeit1,16 · 106S·m−1
Wärmeleitfähigkeit15W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände+3
Normalpotential−2,32V (Er3+ + 3 e → Er)
Elektronegativität1,24 (Pauling-Skala)
Isotope
IsotopNHt1/2ZAZE (MeV)ZP
162Er
0,14 %Stabil
163Er
{syn.}75minε1,210163Ho
164Er
1,61 %Stabil
165Er
{syn.}10,36hε0,376165Ho
166Er
33,6 %Stabil
167Er
22,95 %Stabil
168Er
26,8 %Stabil
169Er
{syn.}9,40dβ0,351169Tm
170Er
14,9 %Stabil
Weitere Isotope sieheListe der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspinγ in
rad·T−1·s−1
Er (1H)fL bei
B = 4,7T
inMHz
167Er+7/27,715 · 1062,88
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[9]

Pulver

Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-SätzeH:228
P:210[9]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Erbium ist einchemisches Element mit demElementsymbol Er und derOrdnungszahl 68. ImPeriodensystem steht es in der Gruppe derLanthanoide und zählt damit auch zu denMetallen der Seltenen Erden. Der Name leitet sich von derGrube Ytterby beiStockholm ab, wie auch der vonYtterbium,Terbium undYttrium.

Geschichte

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Die Entdeckung des Erbium begann 1843, alsCarl Gustav MosanderYttrium mittelsfraktionierter Kristallisation genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den NamenYttrium, einen gelben nannte erErbium, einen pinkfarbenenTerbium. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen derGrube Ytterby, derTyplokalität vonGadolinit, dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.[10] 1860 wiederholteNils Johan Berlin diese Experimente, fand jedoch nur einen pinkfarbenen Niederschlag, der er -abweichend von Mosander-Erbium nannte und bestritt die Existenz des Terbiums. In weiteren Untersuchungen von Gadolinit undSamarskit durchMarc Delafontaine konnte die Existenz des Terbiums schließlich bestätigt werden, jedoch blieb es bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.[11][12]

1878 untersuchten Marc Delafontaine undPer Teodor Cleve unabhängig voneinander Erbiumsalzlösungen spektroskopisch und entdeckten, dass es sich nicht um ein Element, sondern um eine weitere Mischung von Elementen handelt. Diese wurden neben ErbiumThulium undHolmium genannt. Aus dem Holmium wurde 1886 vonPaul Émile Lecoq de Boisbaudran dasDysprosium isoliert.[13] Auch dasYtterbium wurde 1878 bei Untersuchungen von Erbiumoxid durchJean Charles Galissard de Marignac entdeckt.[14]

Annähernd reines Erbium(III)-oxid wurde 1905 unabhängig voneinander durchGeorges Urbain undCharles James dargestellt.[15] Metallisches Erbium wurde erstmals 1936 vonWilhelm Klemm undHeinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion vonErbium(III)-chlorid mitKalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie dieKristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.[16]

Vorkommen

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Erbium ist ein seltenes Metall (3,5ppm),[17] das in der Natur nicht in reiner Form, sondern vor allem in dem Mineral Monazit vorkommt.[18]

Gewinnung und Darstellung

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Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Erbiumbegleiter wird das Oxid mitFluorwasserstoff zum Erbiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung vonCalciumfluorid zum metallischen Erbium reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung imVakuum.

Eigenschaften

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Kristallines Erbium

Physikalische Eigenschaften

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Das silberweiß glänzendeMetall der Seltenen Erden ist schmiedbar, aber auch ziemlich spröde.

Chemische Eigenschaften

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In Luft läuft Erbium grau an, ist dann aber recht beständig. Bei höheren Temperaturen verbrennt es zumSesquioxid Er2O3. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid. In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.

In seinen Verbindungen liegt es in der Oxidationsstufe +3 vor, die Er3+-Kationen bilden in Wasser rosafarbene Lösungen. Feste Salze sind ebenfalls rosa gefärbt.

Verwendung

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Erbium-dotierteLichtwellenleiter werden füroptische Verstärker verwendet, die in der Lage sind, ein Lichtsignal zu verstärken, ohne es zuvor in ein elektrisches Signal zu wandeln. Gold als Wirtsmaterial dotiert mit einigen hundert ppm Erbium wird als Sensormaterial magnetischerKalorimeter zur hochauflösenden Teilchendetektion in der Physik und Technik verwendet.

Erbium wird neben anderen Selten-Erd-Elementen wieNeodym oderHolmium zur Dotierung von Laserkristallen inFestkörperlasern eingesetzt (Er:YAG-Laser, siehe auchNd:YAG-Laser). Der Er:YAG-Laser wird hauptsächlich in der Humanmedizin eingesetzt. Er hat eine Wellenlänge von 2940 nm und damit eine extrem hohe Absorption im Gewebewasser von ca. 12000 pro cm.

Als reinerBeta-Strahler wird169Er in derNuklearmedizin zur Therapie bei derRadiosynoviorthese eingesetzt.[19]

Viele seiner Verbindungen, wieErbiumchlorid, sind rosa gefärbt und werden deshalb in derTöpferei und Glasbläserei eingesetzt.[18]

Verbindungen

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Weblinks

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Commons: Erbium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Erbium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Eintrag zuErbium. In:Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise

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  1. Harry H. Binder:Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, auswww.webelements.com (Erbium) entnommen.
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. abcdeEintrag zuerbium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019):NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.:NIST, Gaithersburg, MD.doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd).  Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. abcdeEintrag zuerbium beiWebElements,www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. N. N. Greenwood, A. Earnshaw:Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988,ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  7. Robert C. Weast (Hrsg.):CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. abYiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In:Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337,doi:10.1021/je1011086.
  9. abEintrag zuErbium, Pulver in derGESTIS-Stoffdatenbank desIFA, abgerufen am 2. April 2018. (JavaScript erforderlich)
  10. C. G. Mosander:XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In:The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254doi:10.1080/14786444308644728.
  11. Paweł Miśkowiec:Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In:Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234doi:10.1007/s10698-022-09451-w.
  12. Claude Piguet:Extricating erbium. In:Nature Chemistry. 2014, Band 6, Nummer 4, S. 370doi:10.1038/nchem.1908.
  13. Otto Holmberg:Beiträge zur Kenntnis des Holmiums. In:Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1911, Band 71, Nummer 1, S. 226–235doi:10.1002/zaac.19110710120.
  14. Jean Charles Galissard de Marignac:Sur l’ytterbine, terre nouvelle, contenu dans la gadolinite. In:Comptes Rendus. 87, 1878, S. 578–581 (Digitalisat auf Gallica).
  15. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL,Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-11.
  16. W. Klemm, H. Bommer:Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In:Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171,doi:10.1002/zaac.19372310115.
  17. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL,Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth’s Crust and in the Sea, S. 14-18.
  18. abGerd Hintermaier-Erhard:Alles ist Chemie! Die chemischen Elemente und wie wir sie nutzen. Dorling Kindersley Verlag, München 2017,ISBN 978-3-8310-3339-3. 
  19. Deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin - Leitlinie der Radiosynoviorthese.
Periodensystem derElemente
HHe
LiBeBCNOFNe
NaMgAlSiPSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
CsBaLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
FrRaAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrRfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg
AlkalimetalleErdalkalimetalleLanthanoideActinoideÜbergangsmetalleMetalleHalbmetalleNichtmetalleHalogeneEdelgaseChemie unbekannt
Normdaten (Sachbegriff):GND:4152588-7 (GND-Explorer,lobid,OGND,AKS) |LCCN:sh85044573
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