ერბიუმი

ერბიუმი წარმოადგენს ლანთანის სერიის ქიმიურ ელემენტს, მისი სიმბოლოა Er, ხოლო ატომური ნომერი 68. ერბიუმი მოვერცხლისფრო თეთრი მეტალია. იგი ბუნებაში ყოველთვის გვხვდება იშვიათ მიწათა ელემენტებთან ერთად მინერალ გადოლინიტში.

ერბიუმი, ძირითადად გამოიყენება მისი ვარდისფერი Er³⁺ იონის სახით. მას ფლუორესცენტული თვისებები აქვს და ამიტომ გამოიყენება ლაზერებში, როგორც ოპტიკური გამაძლერებელი არეები.

ისტორია

ერბიუმი აღმოჩენილ იქნა 1843 წელს კ. გ. მოსანდერის (Carl Gustaf Mosander) მიერ. მან მინერალ გადოლინიტიდან გამოყოფილი ”yttria” დაყო სამ ფრაქციად, რომელთაც უწოდა იტრია, ერბია და ტერბია. ახალ ელემენტებს სახელი ეწოდა სოფელ იტერბის მიხედვით, სადაც დიდი რაოდენობით იყო ლოკალიზებული იტრიუმი და ერბიუმი. სუფთა Er₂O₃ დამოუკიდებლად გამოყოფილ იქნა 1905 წელს გ. ურბაინის (Georges Urbain) და კ. ჯეიმსის (Charles James) მიერ.

შედარებით სუფთა მეტალური ერბიუმი მიღებულ იქნა 1934 წელს, როდესაც კლემმა (Klemm) და ბომერმა (Bommer) უწყლო ქლორიდი აღადგინეს კალიუმის ორთქლით. 1990 წლებში ჩინეთიდან შემოტანილი ერბიუმის ფასი იმდენად დაბალი გახდა, რომ შესაძლებელი გახდა მისი გამოყენება სამხატვრო მინების პიგმენტებად.

იზოტოპები

ბუნებაში გავრცელებულია ერბიუმის 6 სტაბილური იზოტოპი: ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁷Er, ¹⁶⁸Er და ¹⁷⁰Er. დომინანტი იზოტოპია ¹⁶⁶Er (33.503% ბუნებრივი გავრცელება).

სულ დახასიათებულია 20 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁶⁹Er (რომლის ნახევარდაშლის პერიოდია 9.4 დღე), ¹⁷²Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 49.3 საათი), ¹⁶⁰Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 28.5 საათი), ¹⁶⁵Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 10.36 საათი) და ¹⁷¹Er (ნახევარდაშლის პერიოდია 7.516 საათი). ყველა დანარჩენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 3.5 სთ-ზე ნაკლებია.

ამ ელემენტს ასევე გააჩნია 13 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁶⁷mEr (ნახევარდაშლის პერიოდია 2.269 საათი).

ფიზიკური თვისებები

სამვალენტიანი, სუფთა მეტალური ერბიუმი ჭედადი და რბილი მეტალია. იგი ჰაერზე მდგრადია და სხვა იშვიათ მიწათა მეტალებისაგან განსხვავებით, სწრაფად არ იჟანგება. მისი მარილები ვარდისფერია. მას ახასიათებს მკვეთრი შთანთქმის სპექტრი ხილულ, ულტრაიისფერ და ინფრაწითელ უბნებში.

ერბიუმის სესქვიოქსიდს ეწოდება ”ერბია”. ერბიუმს არა აქვს რაიმე ბიოლოგიური როლი, მაგრამ ფიქრობენ, რომ მას შეუძლია იყოს მეტაბოლიზმის სტიმულატორი.

ერბიუმი 19K-ზე ქვემოთ ფერომაგნიტურია, 19-დან 80K-ზე ანტიფერომაგნიტური და 80K-ზე ზევით -  პარამაგნიტური.

ერბიუმ (III)ქლორიდი მზის სინათლეზე ამჟღავნებს ვარდისფერ ფლუორესცენციას

ქიმიური თვისებები

მეტალური ერბიუმი ჰაერზე ნელა მუქდება. ადვილად იწვის ერბიუმ(III) ოქსიდის წარმოქმნით.

4 Er + 3 O₂ → 2 Er₂O₃

ერბიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა რეაგირებს ცივ წყალთან, ძალიან სწრაფად ურთიერთქმედებს ცხელ წყალთან და წარმოქმნის ერბიუმის ჰიდროქსიდს.

2 Er (მყ) + 6 H₂O (სითხე) → 2 Er(OH)₃ (ხსნ.) + 3 H₂ (აირი)

მეტალური ერბიუმი რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან.

2 Er (მყ) + 3 F₂ (აირი) → 2 ErF₃ (მყ) [ვარდისფერი]

2 Er (მყ) + 3 Cl₂ (აირი) → 2 ErCl₃ (მყ) [იისფერი]

2 Er (მყ) + 3 Br₂ (აირი) → 2 ErBr₃ (მყ) [იისფერი]

2 Er (მყ) + 3 I₂ (აირი) → 2 ErI₃ (მყ) [იისფერი]

ერბიუმი სწრაფად იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის ქელატირებულ ერბიუმ(III) იონის შემცველ ხსნარებს, რომლებიც არსებობენ ყვითელი [Er(OH₂)₉]³⁺ ჰიდრატირებული კომპლექსების სახით.

2 Er (მყ) + 3 H₂SO₄ (ხსნ.) → 2 Er³⁺ (ხსნ.) + 3 SO²−₄ (ხსნ.) + 3 H₂ (აირი)

მონაზიტის ქვიშა

გავრცელება

დედამიწის ქერქში ერბიუმის კონცენტრაცია დაახლოებით 2.8 მგ/კგ-ია, ხოლო ზღვის წყლებში კი - 0.9 ნგ/ლ. ეს კონცენტრაცია საკმარისია, რათა ერბიუმი ჩაითვალოს დედამიწის ქერქში გავრცელებით ორმოცდამეხუთე ელემენტად, უფრო გავრცელებულად ვიდრე კარგად ცნობილი ელემენტი - ტყვია.

იშვიათ მიწათა ელემენტების მსგავსად, ერბიუმი არასოდეს არ გვხვდება ბუნებაში თავისუფალი სახით. იგი გვხვდება მონაციტის საბადოებში. მისი გამოყოფა სხვა იშვიათ მიწათა მეტალებიდან საკმაოდ ძნელია, მაგრამ მე-20 საუკუნის მიწურულს, იონგაცვლითი ტექნოლოგიების განვითარებამ გაამარტივა მათი  სუფთა სახით მიღება და მნიშვნელოვნად შეამცირა იშვიათ მიწათა მეტალების და მათი ნაერთების წარმოების ფასი. ერბიუმის ძირითადი კომერციული წყაროა მინერალები: ქსენოთაიმი და ეუქსენიტი. ამჟამად, ამ ელემენტის ძირითადი მომწოდებელია ჩინეთი. ამ საბადოებში იტრიუმი არის წონით ორი მესამედი, ხოლო ერბიუმი კი დაახლოებით 4-5%-ია.

მიღება

დაქუცმაცებულ მინერალებზე მოქმედებენ ქლორწყალბადით ან გოგირდმჟავათი, რის შედეგადაც უხსნადი იშვიათ მიწათა ოქსიდები გადადიან ხსნად ქლორიდებსა და სულფატებში. მჟავა ფილტრებს ანეიტრალებენ კაუსტიკური სოდით (ნატრიუმის ჰიდროქსიდი) pH 3-4-მდე. თორიუმი ხსნარიდან ილექება თორიუმის ჰიდროქსიდის სახით და სცილდება ხსნარს. ამის შემდეგ ხსნარი მუშავდება ამონიუმის ოქსალატით, რომელსაც იშვიათ მიწათა ელემენტები გადაჰყავს თავის უხსნად ოქსალატებში. ისინი გამოწვით გარდაიქმნებიან ოქსიდებში, რომლებიც შემდგომ იხსნება აზოტმჟავაში, გარდა ერთი ძირითადი კომპონენტის - ცერიუმისა, რომლის ოქსიდი არ იხსნება აზოტმჟავაში. ხსნარი მუშავდება მაგნიუმის ნიტრატით და წარმოიქმნება იშვიათ მიწათა მეტალების ორმაგი მარილების კრისტალური ნარევები. მარილების გამოყოფა ხდება იონ-გაცვლითი პროცესებით.

იშვიათ მიწათა იონები შემდგომ სელექციურად ირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტით. მეტალური ერბიუმი მიიღება მისი მარილებისა ან ოქსიდებისაგან 1450°C ტემპერატურაზე კალციუმთან გაცხელებით არგონის ატმოსფეროში.

გამოყენება

ერბიუმით შეფერილი მინა

ერბიუმის გამოყენება მრავალფეროვანია. მას იყენებენ ფოტოგრაფიული ფილტრებად,  ელასტიკური თვისებების გამო კარგი მეტალურგიული დანამატია. გარდა ამისა, ერბიუმი გამოიყენება ბირთვულ ტექნოლოგიებში ნეიტრონების შთანთქმის გამანაწილებელ ღეროებში.

ვანადიუმის შენადნობში ერბიუმის დამატება ამცირებს შენადნობის სიმაგრეს და ეს უკანასკნელი უფრო ადვილად დასამუშავებელი ხდება.

ერბიუმის ოქსიდი ვარდისფერია და იგი ზოგჯერ გამოიყენება მინის შეფერვისათვის. ერბიუმით შეფერილი მინები ხშირად გამოიყენება მზის სათვალეებში და იაფფასიან სამკაულებში.

ერბიუმ ჩანერგილი ოპტიკური კვარცის მინის ბოჭკოები აქტიურ ელემენტს წარმოადგენენ ერბიუმ ჩანერგილ ბოჭკოვან გამაძლიერებლებში (EDFAs), რომლებიც ფართოდ გამოიყენებიან ოპტიკურ კომუნიკაციებში. იგივე ბოჭკოები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბოჭკოვან ლაზერებში.

ერბიუმ-ნიკელის შენადნობს Er₃Ni გააჩნია უჩვეულოდ მაღალი სპეციფიკური სითბოტევადობა თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე და გამოიყენება კრიოგამაცივებლებში: 65% Er₃Co და 35% Er₀.₉Yb₀.₁Ni მოცულობის ნარევი საკმაოდ აუმჯობესებს სპეციფიკურ თბოტევადობასაც.

ბიოლოგიური როლი

სხვა ლანთანოიდების მსგავსად, ერბიუმის ნაერთები ზომიერად ტოქსიკურია, თუმცა მათი ტოქსიკურობა დეტალურად არ არის გამოკვლეული. მეტალური ერბიუმის მტვერი ცეცხლსაშიშია და შეიცავს აფეთქების რისკს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით