Dysproz (Dy,łac.dysprosium) –pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 66, jeden zmetali ziem rzadkich. W przyrodzie nie występuje w postaci wolnej, ale najczęściej jako dodatkowy składnik minerałuksenotymu. Naturalnie występujący dysproz zawiera 7 izotopów, spośród których najbardziej rozpowszechniony jest164Dy. Dysproz został odkryty w 1886 roku przezPaula Émila Lecoqa de Boisbaudrana, lecz po raz pierwszy w czystej postaci został otrzymany dopiero w latach 50. XX wieku za pomocą wymiany jonowej. Ze względu na swójprzekrój czynny używany jest do produkcjiprętów kontrolnych w reaktorach jądrowych, a ze względu na swoją wysokąpodatność magnetyczną na magnetyzację w urządzeniach do przechowywania danych jako składnik stopuTerfenol-D. Rozpuszczalne sole dysprozu są lekko toksyczne, natomiast nierozpuszczalne sole uważane są za nietoksyczne.
W1878 odkryto, że rudyerbu zawierają tlenkiholmu itulu.Francuski chemikPaul Émile Lecoq de Boisbaudran podczas swojej pracy wParyżu w 1886 nadtlenkiem holmu zdołał wyodrębnićtlenek dysprozu[4]. Jego procedura do wyizolowania dysprozu wymagała rozpuszczania tlenku dysprozu w kwasie, następnie dodawaniaamoniaku w celustrącenia wodorotlenku. Wyizolowanie dysprozu w ten sposób wymagało jedynie trzydziestu powtórzeń powyższej procedury. Zanim udało mu się uzyskać dysproz nazwał godysprositos ((gr.) δυσπρόσιτος), co znaczy „trudny do otrzymania”. Jednakże pierwiastek nie został wyizolowany w dostatecznie czystej formie, aż do wczesnych lat 50. XX wieku, kiedy została rozwinięta technikawymiany jonowej przezFranka Speddinga zIowa State University.
Dysproz jest metalem ziem rzadkich o metalicznym, srebrzystym połysku. Jest na tyle miękki, że można kroić go nożem i łatwo poddaje się obróbce mechanicznej. Właściwości fizyczne dysprozu w bardzo dużej mierze zależą nawet od niewielkich ilości zanieczyszczeń (domieszek). W temperaturze poniżej 85 K dysproz jestferromagnetykiem, powyżej tej temperatury staje sięantyferromagnetykiem, by w temperaturze 179 K stać sięparamagnetykiem[5].
Świeża powierzchnia metalu w warunkach normalnych powoli matowieje tworząctlenek dysprozu(III):
4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3
Dysproz jest elektrododatni i reaguje powoli z zimną wodą, a szybciej z gorącą, tworzącwodorotlenek dysprozu(III):
2 Dy(s) + 6 H2O(l) → 2 Dy(OH)3(aq) + 3 H2(g)
Metaliczny dysproz z łatwością reaguje ze wszystkimi chlorowcami w temperaturze powyżej 200 °C:
2 Dy(s) + 3 F2(g) → 2 DyF3(s) (zielony)
2 Dy(s) + 3 Cl2(g) → 2 DyCl3(s) (biały)
2 Dy(s) + 3 Br2(g) → 2 DyBr3(s) (biały)
2 Dy(s) + 3 I2(g) → 2 DyI3(s) (zielony)
Dysproz z łatwościąroztwarza się w rozcieńczonymkwasie siarkowym tworząc roztwór o żółtej barwie, zawierający jony Dy3+ w postaci kompleksu [Dy(OH2)9]3+[6]:
Halogenki dysprozu, takie jak DyF3,DyCl3 czy DyBr3, na ogół przybierają żółtą barwę. Tlenek dysprozu(III) jest białym proszkiem, który posiada silniejsze właściwościmagnetyczne niżtlenki żelaza. Dysproz w wysokich temperaturach reaguje zniemetalami, tworząc związki dwuskładnikowe o zmiennym składzie, najczęściej o +3 stopniu utlenienia, rzadziej na +2. Tego typu znane są związki jak: DyN, DyP, DyH2, DyH3, DyS, DyS2, Dy2S3, Dy5S7, DyB2, DyB4, DyB6, DyB12, Dy3C i Dy2C3. Większość związków dysprozu jest rozpuszczalnych w wodzie, jednakże związki jaktetrahydrat węglanu dysprozu(III) (Dy2(CO3)3·4H2O) i dekahydratszczawianu dysprozu(III) (Dy2(C2O4)3·10H2O) są nierozpuszczalne w wodzie[7][8].
Występujący w przyrodzie dysproz składa się z 7izotopów:156Dy,158Dy,160Dy,161Dy,162Dy,163Dy, i164Dy. Wszystkie wymienione są uważane za stabilne, chociaż156Dy rozpada się poprzezrozpad alfa oczasie połowicznego rozpadu T1/2 ponad 1×1018 lat. Spośród naturalnie występujących izotopów164Dy jest najbardziej rozpowszechnionym o zawartości izotopu w metalu około 28%, następnie162Dy o zawartości 26%. Najmniej rozpowszechnionym jest156Dy – tylko 0,06%[9].
Sztucznie otrzymano 29radioizotopów o masach w przedziale od 138 do 173. Najstabilniejszym spośród nich jest154Dy oT1/2 w przybliżeniu 3×106 lat, następnie159Dy o T1/2=144 dni. Najmniej stabilnym radioizotopem jest138Dy o T1/2=200 ms. Izotopy, które są lżejsze od stabilnych izotopów, mają tendencję do uleganiarozpadowi β+, podczas gdy cięższe częściej, z pewnymi wyjątkami, będą ulegałyrozpadowi β−.154Dy rozpada się przede wszystkim na skutek rozpadu alfa, a152Dy i159Dy na skutekwychwytu elektronu[9]. Dysproz posiada również przynajmniej 11 metastabilnychizomerów jądrowych, w zakresie mas od 140 do 165. Najstabilniejszym spośród nich jest165mDy o T1/2=1,257 min.149Dy posiada dwa stany wzbudzeń, z których drugi,149m2Dy oczasie połowicznego rozpadu, który jest równy 28 ns[9].
Dysproz jest otrzymywany głównie zpiasku monacytowego, będącego mieszaniną różnychfosforanów, jako produkt uboczny produkcji itru. Większość niepożądanych metali w surowym produkcie może być usunięta magnetycznie lub poprzezflotację. Dysproz również może być oddzielony od innychmetali ziem rzadkich na drodzewymiany jonowej i w wyniku reakcji zfluorem lubchlorem wyizolowany w postaci fluorku lub chlorku dysprozu(III). Związki te mogą byćzredukowane do wolnego metalu przy użyciu metalicznegowapnia lub litu[14]:
3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl
Związki są umieszczane wtantalowymtyglu i wypalane w atmosferzehelu. Podczas zachodzenia reakcji, powstające halogenki i stopiony dysproz rozdzielają się z powodu różnicy gęstości. Dysproz może być oddzielony od zanieczyszczeń podczas ochładzania mieszaniny[14].
Rocznie na świecie otrzymuje się około 100 ton dysprozu[15], głównym producentem są Chiny[16][17]. Cena dysprozu w okresie 2003–2010 wzrosła ponad 20-krotnie[18]. W lipcu 2019 cena metalicznego dysprozu sięgała około 373 do 380 dolarów amerykańskich za kilogram[19].
Dysproz jest używany w połączeniu zwanadem, jak i innymi pierwiastkami ziem rzadkich, do wytwarzania materiałów używanych do produkcji laserów[20]. Ze względu na wysokiprzekrój czynny na pochłanianieneutronów termicznych przez dysproz (270 000 fm²[21]), wykorzystywany jest jakodetektor neutronów, a jego związki, jak cermety typu tlenek dysprozu-nikiel, są wykorzystywane w absorbujących neutronyprętach kontrolnych w reaktorach jądrowych[22].Chalkogenki dysprozowo-kadmowe są źródłempromieniowania podczerwonego, co jest wykorzystywane w badaniach nad reakcjami chemicznymi[8]. Ze względu na wysoką podatność dysprozu i jego związków namagnetyzację, jest on wykorzystywany w magazynowaniu danych, głównie wtwardych dyskach[23]. W magnesach neodymowo-żelazo-borowych można 6% neodymu zastąpić dysprozem[24], aby podnieśćkoercję dla wymagających zastosowań, jak silniki napędowe dla elektrycznych pojazdówhybrydowych. Ta zamiana wymagałaby ok. 100g dysprozu na każdy wyprodukowany samochód. Opierając się na przewidywanej produkcjiToyoty na poziomie 2 mln sztuk rocznie, użycie dysprozu w takich zastosowaniach szybko wyczerpie zasoby tego metalu[25]. Zastępowanie neodymu dysprozem może mieć jeszcze inne użyteczne zastosowania ze względu na poprawę odporności magnesów nakorozję[26]. Dysproz jest jednym ze składnikówterfenolu-D. Stop znalazł zastosowanie m.in. w przetwornikach i szerokopasmowych rezonatorach mechanicznych[27].
↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang.abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 162,500 ± 0,001. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob.Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.
↑G. Jantsch. Zur Kenntnis der Verbindungen des Dysprosiums. „Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft”. 44 (2), s. 1274–1280, 1911.DOI:10.1002/cber.19110440215. (niem.).
↑abD.L. Perry: Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press, 1995, s. 152–154.ISBN 0-8493-8671-3. (ang.).
↑M. Rab, W. Haslik, M. Frey. [Free functional muscle transplantation for facial reanimation: experimental comparison between the one- and two-stage approach]. „Handchir Mikrochir Plast Chir”. 42 (2), s. 115–123, 2010.DOI:10.1055/s-2008-1038448.PMID:20376774. (ang.).
↑C.K. Gupta, N. (Nagaiyar) Krishnamurthy: Extractive metallurgy of rare earth. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2005.ISBN 978-0-415-33340-5. (ang.). Brak numerów stron w książce
↑Y.H. Tsang, A.E. El-Taher. Efficient lasing at near 3 μm by a Dy-doped ZBLAN fiber laser pumped at ~ 1.1 μm by an Yb fiber laser. „Laser Physics Letters”. 8 (11), s. 818-, 6 czerwca 2011. IOP Publishing. ISSN1612-202X. (ang.).
↑Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982.ISBN 83-11-06723-6. (pol.). Brak numerów stron w książce
↑Sinha Amit, Beant Prakash Sharma. Development of Dysprosium Titanate Based Ceramics. „Journal of the American Ceramic Society”. 88 (4), s. 1064–1066, 2005.DOI:10.1111/j.1551-2916.2005.00211.x. (ang.).
↑Chemistry Foundations and Applications. T. 2. Thomson Gale, 2004, s. 267–268.ISBN 0-02-865724-1. (ang.).
↑Fang, X. Shi, Y. Shi, D.C. Jiles. Modeling of magnetic properties of heat treated Dy-doped NdFeBparticles bonded in isotropic and anisotropic arrangements. „IEEE Transactions on Magnetics”. 34 (4), s. 1291–1293, 1998.DOI:10.1109/20.706525.Bibcode: 1998ITM....34.1291F. (ang.).
↑L.Q. Yu, Y Wen, M Yan. Effects of Dy and Nb on the magnetic properties and corrosion resistance of sintered NdFeB. „Journal of Magnetism and Magnetic Materials”. 283 (2–3), s. 353–356, 2004.DOI:10.1016/j.jmmm.2004.06.006.Bibcode: 2004JMMM..283..353Y. (ang.).
↑Wide Band Tunable Mechanical Resonator Employing the ΔE Effect of Terfenol-D. „Journal of Intelligent Material Systems and Structures”. 15 (5), s. 355–368, maj 2004. SAGE Publications.DOI:10.1177/1045389X04040649. (ang.).
