What is エルビウム?
エルビウム (symbol Er) is element 68 on the periodic table, a ランタノイド in period 6. The rare earth that keeps the internet running: erbium amplifies light inside fibre-optic cable. At room temperature it is a solid.
構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてエルビウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 175 pm — that is 0.175 nm, so about 2857 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
エルビウム is liquid over a 1339 K window, from 1802 K to 3141 K.
物語
The rare earth that keeps the internet running: erbium amplifies light inside fibre-optic cable.
発見者:スウェーデンのストックホルムでCarl Gustaf Mosanderが発見(1843年)
名前の由来:スウェーデンのイッテルビー。4つの元素名を生み出した有名な採石場です
エルビウムの発見は、希土類元素の分離に対するCarl Gustaf Mosanderの巧みで系統的なアプローチを示しています。ストックホルムのカロリンスカ研究所で研究していたMosanderは、すでにランタンとジジミウムを発見しており、1843年にイッテルビー採石場産のガドリン石に注目しました。
Mosanderは、ガドリン石から得た「イットリア」画分に複数の未知の元素が含まれていると考えました。改良した分別結晶法を用いて、混合酸化物を分離する困難な作業を始めました。この作業には並外れた忍耐が必要でした。
イットリウム化合物を系統的に分別結晶化することで、Mosanderは3つの異なる成分、イットリア(白色)、エルビア(ばら色)、テルビア(黄色)を特定しました。
Mosanderは、ばら色の画分をイッテルビーにちなみ「エルビア」と名付けました。
Mosanderのエルビウム発見は、当時の化学者たちから大きな懐疑を受けました。エルビウムの化学的性質は他の希土類元素と非常によく似ていたためです。
エルビウムが元素として独立した存在であることの決定的な証明は、1860年代の分光分析によってもたらされました。
スウェーデンの小さなイッテルビー採石場は、4つの元素、イットリウム、イッテルビウム、テルビウム、エルビウムの名前を生み出したという唯一無二の記録を持っています。
Mosanderの19世紀の綿密な分離研究は、ランタノイド化学の理解の基礎を築きました。彼の「エルビア」は、現在では世界の通信インフラを支えています。
金属エルビウムが純粋な形で単離されたのは1934年になってからで、Mosanderの発見からほぼ1世紀後のことでした。
用途
エルビウムは、今日私たちが依存している速度と容量でインターネットを機能させる、世界の通信における縁の下の力持ちとなっています。この注目すべき希土類元素は、国際データのほぼすべてを運ぶ光ファイバーネットワークを支えており、現代のデジタル文明に文字どおり不可欠です。
エルビウム添加光ファイバー増幅器(EDFA)は、長距離光ファイバー通信を可能にする技術上の奇跡です。ポンプレーザーで励起されると、エルビウムイオンは、光ファイバーの信号損失が最小となる重要な1.55マイクロメートルの波長で光信号を増幅します。エルビウム増幅器がなければ、Netflixのストリーミング、ビデオ通話、インターネット閲覧は40キロメートルを超える距離では不可能です。
すべての大洋横断インターネットケーブル、すべての長距離電話、そして高速インターネット通信のほぼすべてが、エルビウム添加増幅器を通過します。これらの装置は、完全な信号品質を維持しながら光信号を1000倍以上に増幅でき、大陸間で光の速度によるデータ伝送を可能にします。
エルビウム:ガラスレーザーは、軍事用測距システムや目標指示システムで重要な役割を果たします。これらのアイセーフレーザーは、人間の視覚を損なわない波長で動作するため、精度と安全性が最重要となる戦場での用途に適しています。先進的な軍事システムでは、ミサイル誘導、地形マッピング、秘匿通信システムにエルビウムレーザーが使われています。
エルビウム:YAGレーザーは、特に皮膚科や歯科における美容・医療処置に革新をもたらしました。2.94マイクロメートルで動作するこれらのレーザーは、人間の組織中の水に完全に吸収されるため、熱による損傷を最小限に抑えながら、非常に精密な切除を可能にします。エルビウムレーザーは、これまでにない制御性で、しわ、瘢痕、損傷した皮膚を層ごとに除去できます。
エルビウム化合物は、特殊レンズ、フィルター、光学部品など、高度な光学ガラス用途を可能にします。エルビウム添加ガラスは特定の波長を選択的に吸収または放出できるため、写真、天文学、科学機器用のカスタム光学フィルターを作り出せます。
エルビウムはガラスや結晶に美しいピンク色を与え、装飾用途や光学フィルターに重宝されています。特徴的なエルビウムピンク色は、レーザー特性や増幅特性も可能にする特定の電子遷移によって生じます。
エルビウムの独特な光学的性質は、分光学、量子光学研究、高度なフォトニクス用途にとって非常に価値があります。研究者はエルビウムを基盤とするシステムを使って、量子力学を研究し、新しいレーザー技術を開発し、物理学の基本的な現象を探究しています。
エルビウムの需要は、世界的なインターネットの成長と光ファイバーネットワークの拡大に直接結びついています。インターネット通信量が2~3年ごとに倍増する中、エルビウムは国家通信インフラにとって戦略的な材料となっています。
世界のエルビウム市場は年間$200 millionを超える規模で、主に通信インフラへの投資によって成長しています。5Gネットワークの展開により、エルビウムを基盤とする光学部品の新たな需要が生まれています。
新たな用途には、量子通信システム、高度な医療画像処理、次世代コンピューティング技術などがあります。量子インターネットの開発におけるエルビウムの役割は、その戦略的重要性をさらに高める可能性があります。
エルビウム添加光ファイバー増幅器の主な製造は日本、韓国、中国で行われており、世界のサプライチェーンはアジアの生産能力に依存しています。この集中は、世界の通信インフラに戦略的な脆弱性をもたらします。
由来
3.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 64% of elements
エルビウムは地殻中に約3.5ppm存在し、スズとほぼ同程度に存在度が高く、他の重希土類元素の多くよりも一般的です。この相対的な存在度にもかかわらず、経済的に採掘可能なエルビウム鉱床は地理的に集中しており、処理には技術的な難しさが伴います。
中国(世界生産量の80%):内モンゴルの白雲鄂博鉱山では、鉄鉱石採掘の副産物としてエルビウムが生産されています。中国南部の江西省と広東省にあるイオン吸着型粘土鉱床からは、エルビウム含有量の高い重希土類資源が追加で得られます。
オーストラリア:マウント・ウェルド希土類鉱床には、バストネサイト鉱体中に相当量のエルビウム埋蔵量があります。Lynas Corporationはこの原料を処理して、混合希土類濃縮物を生産しています。
マレーシア:Lynas Advanced Materials Plantはオーストラリア産鉱石を処理し、通信用途向けの高純度酸化エルビウムを含む分離希土類酸化物を生産しています。
米国:カリフォルニア州のマウンテンパス鉱山にはエルビウムを含むバストネサイトがありますが、現在の操業は主に軽希土類の生産に重点を置いています。
エルビウムの分離には、隣接するランタノイドの化学的類似性のため、高度な湿式冶金プロセスが必要です。ホスホン酸抽出剤を用いた溶媒抽出によって、エルビウムを他の重希土類元素から選択的に分離できます。通信グレードの純度(99.99%)まで完全に精製するには、数十段階の抽出が必要です。
海水には、エルビウムが0.87ppbの濃度で溶解しています。現在は採算が取れませんが、技術の進歩によって、将来的には海洋資源からのエルビウム回収が実現可能になるかもしれません。
使用済みの光ファイバー機器やレーザーシステムは、リサイクル可能なエルビウムの供給源として成長しています。専門的な処理によって通信機器から高純度エルビウムを回収できますが、回収の難しさから、現在のリサイクル率は依然としてごくわずかです。
通信用途では、光学的不純物が最小限の超高純度エルビウムが必要です。鉄、銅、遷移金属による汚染をppmレベルまで低減しなければなりません。
取り扱い
エルビウムとその化合物は、通常の取り扱い条件では毒性リスクがほとんどありません。エルビウムの用途の大半では標準的なラボの安全手順で十分ですが、通信システムではレーザーの安全性に特に注意が必要です。
レーザーの安全性:エルビウム:ガラスレーザーとエルビウム:YAGレーザーには、クラス4レーザーの安全手順が必要です。エルビウムレーザーは他の波長と比べて「アイセーフ」ですが、高出力では熱傷を引き起こす可能性があります。
光ファイバーの安全性:エルビウム添加光ファイバーシステムは、大きな光パワーを伝送する可能性があります。ファイバー端を直接のぞき込んだり、光学機器を使って作動中のファイバーを調べたりしてはいけません。
医療用エルビウムレーザーには、立入管理、警告表示、操作者への専門訓練など、追加の安全対策が必要です。患者の安全手順では、レーザーと化学物質への曝露リスクの両方に対処しなければなりません。
エルビウム化合物は、密閉性の高い容器に入れ、涼しく乾燥した条件で保管してください。エルビウム添加ファイバーや光学部品は、機械的損傷や汚染から保護する必要があります。
エルビウムを含む廃棄物は、特に高価値の通信機器から出るものについて、リサイクルの可能性を考慮して分別してください。
推奨曝露限界値:エルビウム化合物について、8時間の時間加重平均として5mg/m³。製造環境では空気の監視が推奨されます。
簡単な回答
エルビウム (symbol Er) is element 68 on the periodic table, a ランタノイド in period 6. The rare earth that keeps the internet running: erbium amplifies light inside fibre-optic cable. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹² 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 30, 8, 2 electrons respectively.エルビウム melts at 1802 K (1528.9 °C) and boils at 3141 K (2867.9 °C).
The standard atomic weight of エルビウム is 167.259 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
エルビウム has a density of 9.066 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of エルビウム is about 9.1× heavier.
エルビウム has a Pauling electronegativity of 1.24. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
エルビウム was discovered in 1843 by Carl Gustav Mosander. It is named after ytterby, Sweden.
エルビウム makes up about 3.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.