ერბიუმი

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 მინერაკ გადოლინიტში (იტერბიდან, შვედეთი).

ერბიუმი, ძირითადად გამოიყენება მისი ვარდისფერი Er³⁺ იონის სახით, რომელიც ოპტიკური ფლუორესცენტული თვისებების გამო გამოიყენება სხვადასხვა ლაზერებში.ერბიუმის შემცველი მინები ან კრისტალები, შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ოპტიკური გამაძლერებელი არეები.

დახასიათება

ფიზიკური თვისებები

სამვალენტიანი, სუფთა მეტალური ერბიუმიო ჭედადია, იგი რბილია 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 ანტიფერომაგნიტურია და 80K-ზე მაღლაპარამაგნიტურია.

ერბიუმს შეუძლია წარმოქმნას პროპელერის ფორმის ატომური დაჯგუფება Er₃N, სადაც ერბიუმის ატომებს შორის მანძილი 0.35ნმ-ია. ეს დაჯგუფება შეიძლება გამოიყოს ფლუორენის მოლეკულებში კაფსულირებით.

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 სწარაფდ იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის ხელატირებულ ერბიუმ(III) იონის შემცველ ხსნარებს, რომლებიც არსებობენ როგორც ყვითელი [Er(OH₂)₉]³⁺ ჰიდრატირებული კომპლექსები.

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

იზოტოპები

ბუნებრივად გავრცელებული ერბიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან: ¹⁶²Er, ¹⁶⁴Er, ¹⁶⁶Er, ¹⁶⁷Er, ¹⁶⁸Er და ¹⁷⁰Er, რომელიც ¹⁶⁶Er-თან ერთად ყველაზე მეტადაა გავრცელებული (33.503% ბუნებრივი გავრცელება). დახასიათებულია მისი 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 დანარცენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 3.5 სთ-ზე ნაკლებია. ამ ელემენტს ასევე გააჩნია 13 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁶⁷mEr (ნახევარდაშლის პერიოდია 2.269 საათი).

ისტორია

ერბიუმი არმოჩენილ იქნა 1843 წელს კ. გ. მოზანდერის (Carl Gustaf Mosander) მიერ, რომელმაც მინერალ გადოლინიტიდან გამოყოფილი ”yttria” დაყო სამ ფრაქციად, რომელთაც მან უწოდა იტრია, ერბია და თერბია. მან ახალ ელემენტს უწოდა სახელი, სოფელ იტერბის მიხედვით, სადაც დიდი რაოდენობით იყო ლოკალიზებული იტრიუმი და ერბიუმი. ერბიუმი და თერბიუმი იმდროისათვის ერთმანეთში იყო არეული. 1860 წლის შემდეგ ერბიუმს უწოდა თერბიუმი და 1877 წლის შემდეგ თერბიუმს უწოდა ერბიუმი. სუფთა Er₂O₃ დამოუკიდებლად გამოყოფილ იქნა 1905 წელს გ. ურბაინის (Georges Urbain) და კ. ჯეიმსის (Charles James) მიერ.

შედარებით სუფთა მეტალი 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.

გავრცელება

დედამიწის ქერქში ერბიუმის კონცენტრაცია დაახლოებით 2.8მგ/კგ-ია, ხოლო ზღვის წყლებში კი - 0.9ნგ/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 დაბლა დასწია 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. როდესაც კონცენტრატი იხსნება მჟავაში, ერბიუმი გამოყოფს საკმარის ერბიუმის იონებს, რომლებიც ხსნარს აძლევენ ვარდისფერს.

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. ამ პროცესებში იშვიათ მიწათა იონები შთაინთქმება შესაბამისი იონ-გაცვლითი ფისებით, სადაც წყალბადის, ამონიუმის ან სპილენძის იონები მიმოიცვლებიან ფისსი არსებული იონებით.

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

გამოყენება

მრავალფეროვანია ერბიუმის ყოველდღიური გამოყენება. იგი ფართოდ გამოიყენება, როგორც ფოტოგრაფიული ფილტრი და რადგანაც ელასტიკურია, გამოიყენება მეტალურგიული დანამატის სახით. 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. შემდგომ მინა 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 ბოჭკობან 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.

უსაფრთხოება

ყველა სხვა ლანტანოიდების მსგავსად, ერბიუმის ნაერთები ზომიერად ტოქსიკურია, თუმცა მატი ტოქსიკურობა დეტალებში არ არის გამოკვლეული. მეტალური ერბიუმის მტვერი ცეცხლსაშიშია და შეიცავს აფეთქების რისკს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით