1886年保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰首次辨认出镝元素，但要直到1950年代离子交换技术的发展后，才有纯态的镝金属被分离出来。由于其热中子吸收截面很高，所以在核反应炉中被用作控制棒；其磁化率亦很高，所以可用于数据储存技术上，以及做Terfenol-D材料的成份。可溶镝盐具有微毒性，不可溶镝盐则无毒。
性质
镝是一种稀土元素，呈亮银色金属光泽。镝金属质软，可以用小刀切割。在没有过热的情况下，其加工过程不会产生火花。就算是少量的杂质也会大大改变镝的物理性质。[3]
镝和钬拥有所有元素中最高的磁强度，[4]这在低温状态下更为显著。[5]镝在85 K（−188.2 °C）以下具有简单的铁磁序，但在这一温度以上会转变为一种螺旋形反铁磁状态，其中特定基面上所有原子的磁矩都互相平行，并相对相邻平面的磁矩有固定的角度。这种奇特的反铁磁性在温度达到179 K（−94 °C）时再转变为无序顺磁态。[6]
镝金属在空气中缓慢氧化并失去光泽，其燃烧反应会产生氧化镝：
- 4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3
镝的电正性较高，它会在冷水中慢速进行反应，在热水中快速反应，并产生氢氧化镝：
- 2 Dy (s) + 6 H2O (l) → 2 Dy(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
氢氧化镝在高温下会分解成DyO(OH)，而后者又会分解成氧化镝。[7]
- 2 Dy (s) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (s)（绿色）
- 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)（绿色）
镝会在稀硫酸中迅速溶解，形成含有镝(III)离子的黄色溶液。这些离子以[Dy(OH2)9]3+配合物的形式存在：[8]
- 2 Dy (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Dy3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)
反应的产物硫酸镝(III)有明显的顺磁性。
镝的卤化物，如DyF3和DyBr3，一般呈黄色。氧化镝是一种黄色粉末，有强大的磁性，其磁性比氧化铁还要强。[5]
镝在高温下可以和各种非金属形成二元化合物，其氧化态可以是+3或+2。这包括DyN、DyP、DyH2和DyH3；DyS、DyS2、Dy2S3和Dy5S7；DyB2、DyB4、DyB6和DyB12；以及Dy3C和Dy2C3。[9]
碳酸镝（Dy2(CO3)3）和硫酸镝（Dy2(SO4)3）可以经过相似的化学反应制成。[10]大部份镝化合物都溶于水，但四水合碳酸镝（Dy2(CO3)3·4H2O）和十水合草酸镝（Dy2(C2O4)3·10H2O）都不溶于水。[11][12]
自然形成的镝由7种稳定同位素组成：156Dy、158Dy和160Dy至164Dy。自然同位素中丰度最高的是比例为28%的164Dy，紧接著的是比例为26%的162Dy。丰度最低的是比例为0.06%的156Dy。[13]
通过人工合成，科学家共发现了29种放射性同位素，其原子量在138和173之间。最稳定的是154Dy，其半衰期约为1.40×106年；接著是半衰期为144.4天的159Dy。最不稳定的是138Dy，其半衰期只有200毫秒。比稳定同位素轻的同位素主要进行β+衰变；除个别特例之外，更重的同位素主要进行β−衰变。154Dy主要进行α衰变，152Dy和159Dy则主要进行电子捕获。[13]镝拥有至少11种同核异构体（亚稳态），原子量在140和165之间。最稳定的是165mDy，其半衰期为1.257分钟。149Dy有两种亚稳态，第二种（149m2Dy）的半衰期只有28纳秒。[13]
历史
1878年，科学家发现铒矿中也含有钬和铥的氧化物。1886年，法国化学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰在巴黎研究氧化钬时，成功地把氧化镝从中分离出来。[15]他把样本溶于酸中，再加入氨，将镝以氢氧化物的形态沉淀出来。他在尝试了30次以后，才成功分离出镝。他依据希腊文“δυσπρόσιτος”（Dysprositos，意为“难以取得”）把该新元素命名为“Dysprosium”。不过，要直到1950年代美国爱荷华州立大学的弗兰克·斯佩丁（Frank Spedding）发展了离子交换技术之后，才有纯度较高的镝被分离出来。[4]
存量
镝在自然界中不以单质出现，但存在于多种矿物之中，包括磷钇矿、褐钇铌矿、硅铍钇矿、黑稀金矿、复稀金矿、钛钽铌铀矿、独居石和氟碳铈矿等。它一般还和铒和钬等稀土元素一同出现。目前大部份的镝都是在中国南部的离子吸附型稀土矿中开采而得。[16]西澳大利亚州的Halls Creek区域也将开采包括镝在内的稀土元素。[17]在钇含量较高的矿物中，镝是所有重镧系元素中丰度最高的，占浓缩物的7至8%（相比钇的65%）。[18][19]地球地壳中的镝含量约为5.2 mg/kg，在海水中为0.9 ng/L。[9]
生产
镝的生产主要来自开采由多种磷酸盐混合组成的独居石砂，是钇萃取过程的副产品之一。镝的分离过程可以使用磁力或浮力方法移除其他金属杂质，再经离子交换方法分离各种稀土金属。所产生的镝离子与氟或氯反应后分别形成氟化镝（DyF3）或氯化镝（DyCl3），再经钙或锂金属还原：[10]
- 3 Ca + 2 DyF3 → 2 Dy + 3 CaF2
- 3 Li + DyCl3 → Dy + 3 LiCl
反应在钽制坩埚、氦气环境中进行。过程中产生的卤化物和熔融镝会因比重不同而自然分离。冷却之后，可用刀把镝从其他杂质分开。[10]
全球每年产出大约100吨镝，[20]其中99%产自中国。[21]从2003年至2010年底，镝的价格从每磅7美元飙升至每磅130美元，升幅近20倍。[21]根据美国能源部，镝的现有及潜在用途广泛，加上缺乏代替品，所以是目前最迫切需要洁净能源技术的元素。保守估计，镝在2015年前就会有短缺。[22]
应用
镝与钒及其他元素一起，可用于激光材料和商业照明应用上。由于镝的热中子吸收截面很高，所以氧化镝-镍金属陶瓷是一种核反应炉控制棒材料。[4][23]镝-镉氧族元素化合物是红外线辐射源，能用于研究化学反应。[3]镝及其化合物有很强的磁性，所以在硬盘等数据储存装置中都有用到。[24]
钕-铁-硼磁铁中钕部分可以替换为镝，[25]以提高矫顽力，从而改善磁铁的耐热性能，用于电动汽车驱动马达等性能要求较高的应用上。用了这种磁铁的汽车每辆可含高达100克的镝。根据丰田汽车每年200万辆车的预计销售量，很快就会耗尽全球镝金属的供应。[26]替换成镝的磁铁还具有较高的抗腐蚀性。[27]
镝、铁和铽是Terfenol-D材料的组成元素。Terfenol-D是常温下磁致伸缩性最强的已知物料。[28]这种性质可用于换能器、宽频机械共鸣管[29]和高精度液态燃料喷射器。[30]
镝被用于剂量计中，测量致电离辐射量。当掺有镝的硫化钙或氟化钙受辐射照射时，镝原子会进入激发态并发光。通过测量发光强度可以推算出辐射剂量。[4]
镝化合物纳米纤维具有高强度、高表面积，所以可以用来加强其他材料或作催化剂。在450巴压力下对DyBr3和NaF的水溶液加热17小时至450 °C，可以制成氟氧化镝纤维。这种材料在超过400 °C高温下，可以在各种水溶液中存留超过100小时而不会溶解或聚集。[31][32][33]
一些高强度金属卤化物灯用到碘化镝和溴化镝。这些化合物在灯的中心高温处分解，释放出游离镝原子。这些原子会发出绿光和红光。[4][34]
隔热退磁冰箱用到某些顺磁性镝盐晶体，包括镝镓石榴石（DGG）、镝铝石榴石（DAG）和镝铁石榴石（DyIG）等。[35][36]
安全
镝金属粉末在空气中如果在火源附近，会有爆炸的危险；其薄片也可以被火花和静电点燃。镝所引起的金属火焰不能用水来浇熄，因为它会和水反应，产生易燃的氢气。[37]氯化镝火焰却可以用水浇熄，[38]而氟化镝和氧化镝则不易燃。[39][40]硝酸镝（Dy(NO3)3）属于强氧化剂，在接触到有机物质时可迅速起火。[5]
可溶镝盐，如氯化镝和硝酸镝等，在进食后具微毒性；不可溶盐则无毒。从老鼠对氯化镝的毒性反应估算，人类在进食500克以上的镝可以致命。[4]
参见
参考资料
外部链接
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
