에르비움

Erbium
에르비움, 에르비움
Erbium-crop.jpg
에르비움
발음/ˈɜːrbiəm/ (UR-bee-solm)
외관은백색의
표준 원자량Ar, std(Er)167.259(3)[1]
주기율표의 에르비움
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
–
↑
음.정말
↓
FM
홀뮴 ← 에르비움 → 툴륨
원자번호 (Z)68
그룹그룹 n/a
마침표.6주기
블록 f-블록
전자 구성[Xe] 4f12 6s2
셸당 전자2, 8, 18, 30, 8, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점1802K(1529°C, 2784°F)
비등점3141K(2868°C, 5194°F)
밀도 (근처 )9.066 g/cm3
액체가 있을 때 ( )8.86 g/cm3
융해열19.90 kJ/mol
기화열280 kJ/mol
어금니열용량28.12 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 1504 1663 (1885) (2163) (2552) (3132)
원자성
산화 상태0,[2] +1, +2, +3(기본 산화물)
전기성폴링 척도: 1.24
이온화 에너지
  • 1차: 589.3 kJ/mol
  • 2위: 1150 kJ/mol
  • 3위: 2194 kJ/mol
원자 반지름경험적: 오후 176시
공동 반지름오후 189±6시
Color lines in a spectral range
에르비움의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 육각형 근위축(hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for erbium
음속 얇은 막대기2830m/초(20°C)
열팽창폴리: 12.2µm/(m³K)()r.t.
열전도도14.5 W/(m³K)
전기저항도폴리: 0.860 µΩµm()r.t.
자기순서300K에서 파라마그네틱
어금니 자기 감수성+44300.00×10cm−63/cm[3]
영의 계량69.9 GPA
전단 계수28.3 GPA
벌크 계량44.4 GPA
포아송 비율0.237
비커즈 경도MPa 430–700
브리넬 경도MPa 600-1070
CAS 번호7440-52-0
역사
이름 지정이터비(스웨덴) 다음으로 채굴되었다.
발견.칼 구스타프 모산더(1843)
에르비움의 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
160어 동음이의 28.58 h ε 160호
162어 0.139% 안정적
164어 1.601% 안정적
165어 동음이의 10.36 h ε 165호
166어 33.503% 안정적
167어 22.869% 안정적
168어 26.978% 안정적
169어 동음이의 9.4 d β− 169TM
170어 14.910% 안정적
171어 동음이의 7.516시간 β− 171TM
172어 동음이의 49.3시간 β− 172TM
카테고리: 에르비움
참고 문헌

에르비움(Erbium)은 기호 Er과 원자 번호 68을 가진 화학 원소다.은백색의 고체 금속은 인공적으로 분리되었을 때 자연 에르비움은 항상 다른 원소와의 화학적 결합에서 발견된다.원래 스웨덴 이터비의 가돌나이트 광산에서 발견된 희토류인 란타니드(lantanide) 원소로서 원소 이름의 근원이기도 하다.

Erbium의 주요 용도는 분홍색 Er3+ 이온을 포함하는데, 이 이온들은 특정 레이저 용도에 특히 유용한 광학 형광 특성을 가지고 있다.에르비움 도포 안경이나 크리스탈은 광학 증폭 매체로 사용할 수 있는데, 여기서 Er3+ 이온은 약 980 nm 또는 1480 nm에서 광학적으로 펌프한 다음 자극된 방출로 1530 nm에서 빛을 방사한다.이 과정은 광섬유에 의해 전송되는 신호에 대해 유달리 기계적으로 간단한 레이저 광학 증폭기를 초래한다.1550nm 파장은 광통신에 특히 중요한데, 표준 단일모드 광섬유는 이 특정 파장에서 손실이 최소화되기 때문이다.

광섬유 증폭기 레이저 외에도 다양한 의료 애플리케이션(예: 피부과, 치과)이 에르비움 이온의 2940nm 배출에 의존한다(Er: 참조):YAG 레이저)는 다른 파장에서 빛을 켰을 때 조직 내 수분 흡수율이 높아 그 효과가 매우 피상적이다.레이저 에너지의 이러한 얕은 조직 증착은 레이저 수술에 도움이 되며, 일반적인 형태의 치과 레이저에 의한 에나멜 절제를 생성하는 증기의 효율적인 생산에 도움이 된다.

특성.

물리적 성질

햇빛에 에르비움(III)염화염소산염으로, 자연 자외선으로부터 약간의 Er의+3 분홍색 형광을 보인다.

3가 원소인 순수한 에르비움 금속은 유연성이 있고(또는 쉽게 형태를 잡으며), 부드럽고 공기는 안정적이며, 다른 희토류 금속만큼 빨리 산화되지 않는다.염분은 장미색이며, 소자는 가시광선, 자외선, 근적외선 등에 특징적인 날카로운 흡수 스펙트럼 밴드를 가지고 있다.그렇지 않으면 다른 희토류들과 많이 닮았다.그것의 sesquioxide는 erbia라고 불린다.에르비움의 성질은 존재하는 불순물의 종류와 양에 따라 어느 정도 지시된다.에르비움은 알려진 생물학적 역할을 전혀 하지 않지만 신진대사를 자극할 수 있다고 생각된다.[4]

에르비움은 19K 미만의 강자성, 19-80K 사이의 반자성, 80K 이상의 파라마그네틱이다.[5]

에르비움은 프로펠러 모양의 원자 클러스터 ErN을3 형성할 수 있는데, 에르비움 원자 사이의 거리는 0.35nm이다.그러한 성단은 전송 전자 현미경 검사에 의해 확인되었듯이 풀레렌 분자로 캡슐화함으로써 분리될 수 있다.[6]

화학적 특성

에르비움 금속은 건조한 공기에서 광택을 유지하지만 습한 공기에서는 천천히 변색되고 쉽게 타올라 에르비움을 형성한다(III) 산화물:

4 Er + 3 O2 → 2 Er2O3

에르비움은 상당히 전기성이 강하며 냉수와 천천히 반응하고 뜨거운 물로 매우 빠르게 반응하여 에르비움 수산화물을 형성한다.

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

에르비움 금속은 모든 할로겐과 반응한다.

2 Er (s) + 3 F2 (g) → 2 ErF3 (s) [핑크]
2 Er (s) + 3 Cl2 (g) → 2 ErCl3 (s) [보랏빛]
2 Er (s) + 3 Br2 (g) → 2 ErBr3 (s) [보랏빛]
2 Er (s) + 3 I2 (g) → 2 ErI3 (s) [보랏빛]

에르비움은 희석된 황산에 쉽게 용해되어 로즈 레드[Er(OH2)]93+ 수화 복합체로 존재하는 수화 Er(III) 이온을 함유한 용액을 형성한다.[7]

2 Er (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Er3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)

산화 상태

대부분의 희토류 원소와 란타니데스처럼 에르비움은 보통 +3 산화 상태에서 발견된다.그러나 에르비움은 0, +1 및 +2 산화 상태에서도 발견될 수 있다.

오르가노에르비움 화합물

오르가노어비움 화합물은 다른 란타니드 화합물과 매우 유사하며, 모두 π 백본딩(backbonding)을 거치지 못하기 때문이다.따라서 그것들은 대부분 이온성 사이클로펜타디엔아데스(란타늄과 같은 구조)와 σ 본드성 단순 알킬스와 아릴로 제한되며, 일부는 중합체일 수도 있다.[8]

동위 원소

주요 기사:에르비움 동위 원소

자연적으로 발생하는 에르비움은 에르
, 에르
, 에르
, 에르
, 에르
, 에르, 에르
, 에르 등 6개의 안정 동위원소로 구성되어 있으며, 에르가
 가장 풍부함(33.503%의 자연 풍부함)이다.29개의 방사성 동위원소가 특징인데 반감기 9.4 d의
Er, 49.3 h의 Er
, 28.58 h의 Er
, 10.36 h의 Er
, 7.516 h의 Er가
가장 안정적이다.나머지 방사성 동위원소는 모두 3.5h 미만인 반감기를 갖고 있으며, 이들 중 대다수는 4분 미만인 반감기를 갖고 있다.이 원소는 또한 13개의 메타 상태를 가지고 있으며, 가장 안정된 것은 2.269초의 반감기를 가진 Er이다
.[9]

원자 중량의 에르비움 동위 원소는 142.9663 u(143
Er
)에서 176.9541 u(177
Er
)까지이다.가장 풍부한 안정 동위원소 Er
 이전의 1차 붕괴 모드인 Er는 전자 포획이며, 그 후의 1차 붕괴 모드는 베타 붕괴다.Er
 이전의 1차 붕괴 제품은 소자 67(홀뮴) 동위원소, 그 이후의 1차 붕괴 제품은 소자 69(술륨) 동위원소다.[9]

역사

에르비움, 란타넘, 테르비움을 발견한 과학자 칼 구스타프 모산데르.

에르비움(스웨덴의 이터비를 위한 마을)은 1843년 칼 구스타프 모산더에 의해 발견되었다.[10]모산더는 광물 가돌리나이트에서 추출한 단일 금속 산화물 yttria로 추정되는 샘플을 가지고 작업을 하고 있었다.그는 샘플에 순수한 이트리아 외에 적어도 두 개의 금속 산화물이 들어 있다는 것을 발견했는데, 그는 가돌나이트가 발견된 이트비 마을의 이름을 따서 '에르비아'와 '터비아'라고 이름 붙였다.모산데르는 산화물 순도에 대해 확신하지 못했고 이후 실험에서 그의 불확실성을 확인했다."yttrium"은 이티움, 에르비움, 테르비움을 함유했을 뿐만 아니라, 그 후 몇 년 동안 화학자, 지질학자, 분광학자들이 이테르비움, 스칸듐, 툴륨, 홀뮴, 가돌리늄의 다섯 가지 추가 원소를 발견했다.[11]: 701 [12][13][14][15][16]

그러나 에르비아와 테르비아는 이때 혼란스러웠다.분광학자가 분광학 중에 실수로 두 원소의 이름을 바꾸었다.1860년 이후 테르비아는 에르비아로 개명되었고 1877년 이후 에르비아로 알려졌던 것이 테르비아로 개명되었다.꽤 순수한 ELO는23 1905년 조르주 우르바인과 찰스 제임스에 의해 독립적으로 고립되었다.합리적으로 순수한 에르비움 금속은 빌헬름 클렘과 하인리히 보머가 무수 염화물을 칼륨 증기로 줄였을 때인 1934년까지 생산되지 않았다.[17]1990년대에 들어서야 중국산 에르비움 산화물 가격이 낮아져 에르비움이 아트 글라스에 착색제로 쓰일 수 있게 됐다.[18]

발생

모나자이트 모래

지구 지각의 에르비움 농도는 약 2.8mg/kg, 바닷물 내 에르비움 농도는 0.9ng/L이다.[19]이 농도는 지구 표면의 원소 풍부함에서 45분의 1 정도의 에르비움을 만들기에 충분하다.

다른 희귀한 지구와 마찬가지로 이 원소는 자연에서 자유 원소로 발견되는 것이 아니라 모나자이트 모래 광석에 묶여 있는 것이 발견된다.역사적으로 희토류의 광석을 서로 분리하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 들었지만 20세기 후반에 개발된 이온교환 크로마토그래피 방식은[20] 모든 희토류 금속과 그 화학 화합물의 생산 비용을 크게 낮췄다.

에르비움의 주요 상업적 원천은 광물 제노타임과 유크세나이트에서 왔고, 가장 최근에는 중국 남부의 이온 흡착 성분의 주요 공급원이 되었다. 그 결과, 중국은 이제 이 원소의 주요 글로벌 공급자가 되었다.이러한 광석 농축물의 고이트리움 버전에서 이트리움은 무게로 환산하면 전체의 3분의 2 정도, 에르비아는 약 4~5%이다.농축액이 산으로 용해되면 에르비아는 에르비움 이온을 충분히 해방시켜 용액에 뚜렷하고 특징적인 분홍색을 부여한다.이 색깔의 행동은 모산더와 란타니드의 다른 초기 노동자들이 이테르비의 가돌리나이트 광물에서 추출한 것과 유사하다.

생산

찌그러진 미네랄은 불용성 희토류 산화물들을 용해성 염화물이나 황산염으로 변형시키는 염산이나 황산의 공격을 받는다.산성 필트레이트는 가성소다(수산화소듐)로 부분적으로 중화시켜 pH 3–4까지 한다.토륨은 수산화물로 용액에서 침전되어 제거된다.그 후에 용액은 희귀한 지구를 불용성 옥살레이트로 바꾸기 위해 암모늄 옥살레이트로 처리된다.소달레이트는 어네일링에 의해 산소로 전환된다.산화물은 주요 성분 중 하나인 세륨을 제외한 질산에 용해되며, 산화물은 HNO에서3 용해되지 않는다.이 용액은 희토류 금속의 이중 염을 결정적으로 혼합하기 위해 질산 마그네슘으로 처리된다.염분은 이온 교환에 의해 분리된다.이 과정에서 희토류 이온은 수지에 존재하는 수소, 암모늄 또는 큐빅 이온과 교환하여 적합한 이온교환수지에 소싱된다.희토류 이온은 적절한 복합제에 의해 선택적으로 씻겨 나간다.[19]에르비움 금속은 아르곤 대기 아래에서 1450 °C에서 칼슘으로 가열하여 산화물이나 소금으로부터 얻는다.[19]

적용들

에르비움 배색 유리

에르비움의 일상 용도는 다양하다.흔히 사진 필터로 사용되며 [21]복원력 때문에 야금 첨가제로 유용하다.

레이저와 광학

다양한 의료 애플리케이션(예: 피부과, 치과)은 에르비움 이온의 2940nm 배출량을 활용한다(Er: 참조):물(흡수 계수 약 12000/cm)에 고도로 흡수되는 YAG 레이저.레이저 수술에는 레이저 에너지의 이러한 얕은 조직 침적이 필요하며, 치과에서는 레이저 에나멜 절제를 위한 증기의 효율적인 생산이 필요하다.[citation needed]

에르비움 도포 광실리카 유리 섬유는 에르비움 도포 섬유 증폭기(EDFA)의 활성 원소로 광통신에 널리 사용된다.[22]같은 섬유로 섬유 레이저를 만들 수 있다.효율적인 작업을 위해 에르비움 도포 섬유는 보통 유리 수식어/호모겐제(주로 알루미늄이나 인)와 함께 도포된다.이러한 도펜트는 Er 이온의 군집을 방지하고 흥분등(광학 펌프라고도 함)과 신호 사이에서 에너지를 보다 효율적으로 전달하는데 도움이 된다.고출력 Er/Yb 섬유 레이저에는 Er 및 Yb와 광섬유의 공동 도핑이 사용된다.에르비움은 에르비움 도파관 도파관 증폭기에도 사용할 수 있다.[4]

메탈러지

바나듐에 합금으로 첨가하면 에르비움은 경도를 낮추고 작업성을 향상시킨다.[23]에르비움-니켈 합금 ErNi는3 액체-헬리움 온도에서 비정상적으로 높은 특정 열 용량을 가지며 극저온에 사용된다; 부피별로 65% ErCo와3 35% ErYbNi를0.90.1 혼합하면 특정 열 용량이 더욱 개선된다.[24][25]

컬러링

산화 에르비움은 분홍색을 띠며, 유리, 입방 지르코니아, 도자기 등의 색소로 쓰이기도 한다.그 유리는 선글라스와 값싼 보석류로 자주 사용된다.[23][26]

기타 응용 프로그램

에르비움은 중성자 흡수 제어봉의 핵기술이나 핵연료 설계의 연소성 독물질로 사용된다.[28]최근 에르비움이 격자감금융해[29][30] 관련 실험에 활용되고 있다.

생물학적 역할

에르비움은 생물학적 역할이 없지만 에르비움 염은 신진대사를 자극할 수 있다.인간은 일년에 평균 1mg의 에르비움을 소비한다.인간의 에르비움 농도가 가장 높은 것은 뼈에 있지만 인간의 신장과 간에도 에르비움이 있다.[4]

독성

에르비움은 섭취할 경우 약간 독성이 있지만 에르비움 화합물은 독성이 없다.[4]먼지 형태의 금속성 에르비움은 화재와 폭발 위험을 나타낸다.[31][32][33]

참조

  1. ^ "Standard Atomic Weights: Erbium". CIAAW. 1999.
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추가 읽기

  • 요소 안내 – 수정판, Albert Stwertka(Oxford University Press, 1998), ISBN 0-19-508083-1.

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