66 Dy Диспрозий 162.5
Лантаноид f-block Period 6

Диспрозий

Dy · Element 66

"Hard to get at", and now indispensable for magnets that must survive engine-bay heat.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 162.5 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁰ 6s²
65Tb All 118 67Ho

Строение

Атом диспрозий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место диспрозий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 8.54 g/cm³ 52%
Температура Плавления 1680 K 69%
Температура Кипения 2840 K 56%
Удельная теплоёмкость 0.17 J/g·K
Теплопроводность 10.7 W/m·K 29%

Атомные

Атомный Радиус 176 pm 60%
Ковалентный радиус 192 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 229 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.22 22%
Энергия ионизации 573.1 kJ/mol 20%
Сродство к Электрону 1.4 kJ/mol 0%

Распространённость

Распространённость в земной коре 5.2 mg/kg 65%

Идентификационные

СимволDy
Атомный номер66
Атомная масса162.5 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная плотная упаковка
Степени окисления+3, +4
Открытие1886
ПервооткрывательLecoq de Boisbaudran

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a диспрозий atom?

Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Диспрозий is liquid over a 1160 K window, from 1680 K to 2840 K.

Положение

Положение в таблице

Диспрозий sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
All лантаноиды

История

Что такое диспрозий и как его обнаружили

"Hard to get at", and now indispensable for magnets that must survive engine-bay heat.

The discovery of диспрозий

🔬 Достижение французской науки

Первооткрыватель: Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran в Париже, Франция (1886)

Происхождение названия: греческое «dysprositos», означающее «труднодоступный»

🧪 Сложное разделение

Открытие диспрозия стало одним из наиболее технически сложных достижений в химии редкоземельных элементов. Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, работавший в собственной лаборатории в Париже, начал исследовать образцы оксида гольмия в 1885 году, предполагая, что они содержат дополнительные элементы.

Используя усовершенствованные методы дробной кристаллизации, Boisbaudran выполнил более 32 последовательных разделений растворов нитрата гольмия. Для каждого разделения требовался точный контроль температуры, pH и концентрации, чтобы добиться даже незначительной очистки. Процесс занял почти два года кропотливой работы.

🔬 Спектроскопический прорыв

Ключевой прорыв произошёл, когда Boisbaudran обнаружил ранее неизвестные линии поглощения в жёлтой и зелёной областях спектра. Эти спектральные линии постоянно проявлялись в наиболее трудно разделяемых фракциях, подтверждая наличие нового элемента.

Boisbaudran выбрал название «диспрозий» («труднодоступный»), признав чрезвычайную сложность, с которой он столкнулся при разделении. Название оказалось пророческим: даже сегодня диспрозий остаётся одним из самых сложных для очистки редкоземельных элементов.

⚗️ Подтверждение и очистка

Первоначальное подтверждение существования диспрозия получил Eugène-Anatole Demarçay, проведший независимый спектроскопический анализ в 1886 году. Однако получение чистых соединений диспрозия потребовало ещё нескольких десятилетий совершенствования методов.

Первый достаточно чистый оксид диспрозия был получен лишь в 1906 году, а металлический диспрозий удалось выделить только в 1950 году с помощью ионообменных методов, разработанных в Университете штата Айова.

🏆 Научное признание

Систематический подход Boisbaudran к разделению редкоземельных элементов заложил основу современной химии лантаноидов. Его подробное описание процедур разделения позволило другим учёным воспроизвести его работу и продолжить развитие исследований редкоземельных элементов.

🔬 Современный взгляд

Сегодня мы понимаем, что «труднодоступность» диспрозия обусловлена явлением лантаноидного сжатия, из-за которого ионные радиусы соседних редкоземельных элементов становятся почти одинаковыми. Это открытие, казавшееся в 1886 году лишь академическим, теперь лежит в основе технологий стоимостью сотни миллиардов долларов ежегодно.

Применение

Для чего используется диспрозий

Супергерой среди магнитов

Диспрозий получил звание «супергероя среди магнитов» благодаря одному из самых высоких магнитных моментов среди всех элементов. Этот важнейший редкоземельный элемент стал абсолютно необходим для глобального перехода к возобновляемой энергетике и электрическому транспорту, что делает его одним из наиболее стратегически важных материалов XXI века.

🌪️ Революция ветроэнергетики

Диспрозий — секретный компонент, благодаря которому ветряные турбины работают эффективно. При добавлении в постоянные магниты из неодима, железа и бора диспрозий значительно повышает их температурную стабильность и коэрцитивную силу. Генераторы ветряных турбин с магнитами, усиленными диспрозием, могут работать при температуре до 180°C, сохраняя полную магнитную силу и обеспечивая более эффективную выработку электроэнергии даже в экстремальных погодных условиях.

🚗 Силовые установки электромобилей

Каждый Tesla, Prius и другой электромобиль на дороге зависит от постоянных магнитов, усиленных диспрозием, в своих двигателях. Эти сверхвысокопроизводительные магниты обеспечивают превосходную плотность крутящего момента при работе при высоких температурах, возникающих в электрических силовых установках. Диспрозий позволяет уменьшить размер электродвигателей на 30% и повысить их эффективность на 25% по сравнению с обычными аналогами.

🏥 Передовые медицинские технологии

Хирургические роботы используют исполнительные механизмы, усиленные диспрозием, для исключительно точных движений во время сложных операций. В аппаратах МРТ соединения диспрозия применяются как контрастные вещества, а в современных лазерных системах диспрозий используется в специализированных оптических компонентах для медицинского лечения и диагностики.

🎬 Профессиональные системы освещения

Металлогалогенные лампы с диспрозием создают чрезвычайно яркий свет с точной цветопередачей, необходимый для кинопроизводства, освещения стадионов и архитектурной подсветки. Эти специализированные лампы дают в 5 раз больше света на ватт, чем обычные лампы, сохраняя при этом идеальную стабильность цветовой температуры.

⚛️ Ядерные применения

Оксид диспрозия служит поглотителем нейтронов в системах управления ядерными реакторами, помогая регулировать ядерные реакции и поддерживать безопасные условия эксплуатации. Его исключительное сечение захвата нейтронов делает его незаменимым для систем ядерной безопасности.

📡 Передовая электроника

В магнитострикционных устройствах сплавы диспрозия применяются в гидролокационных системах, прецизионных исполнительных механизмах и системах гашения вибраций. Уникальные магнитные свойства элемента обеспечивают сверхчувствительные системы обнаружения и точное управление механическими устройствами.

🌟 Основа современного мира

  • 🔋 Гибридные и электрические автомобили: магниты двигателей в Toyota Prius, автомобилях Tesla и электромобилях всех ведущих брендов
  • 💨 Ветряные турбины: генераторы с постоянными магнитами на морских и наземных ветропарках
  • 📱 Потребительская электроника: магниты динамиков, двигатели жёстких дисков и системы вибрации смартфонов
  • 🏠 Бытовая техника: высокоэффективные двигатели в кондиционерах, холодильниках и стиральных машинах
  • 🎧 Аудиооборудование: высококачественные наушники и профессиональные звуковые системы
  • 🏭 Промышленные двигатели: серводвигатели, генераторы и прецизионные системы управления

💎 Статус критически важного материала

Диспрозий классифицируется Министерством энергетики США как «критически важный материал» из-за риска перебоев с поставками и его значения для технологий чистой энергетики. Поскольку 95% производства сосредоточено в Китае, безопасность поставок диспрозия считается вопросом национальной безопасности для многих стран.

📈 Динамика рынка

Ожидается, что мировой спрос на диспрозий к 2030 году вырастет в 7 раз, прежде всего благодаря распространению электромобилей и расширению возобновляемой энергетики. Текущая рыночная цена: $300–500/kg, что делает его одним из самых ценных промышленных материалов.

🔬 Новые применения

К технологиям следующего поколения относятся квантовые датчики, системы магнитного охлаждения и передовые технологии хранения данных. Исследования одно-молекулярных магнитов на основе диспрозия могут совершить революцию в квантовых вычислениях и устройствах памяти сверхвысокой плотности.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

5.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 65% of elements

🌍 Стратегический глобальный ресурс

Диспрозий занимает 43-е место по распространённости среди элементов земной коры; его средняя концентрация составляет 5.2 части на миллион. Однако экономически рентабельные месторождения крайне редки, поэтому диспрозий относится к наиболее дефицитным критически важным материалам современной экономики.

🏔️ Основные минералы-носители

  • Ионно-адсорбционные глины: самые высокие концентрации диспрозия (до 0.1% DyO₃)
  • Ксенотим: фосфатный минерал тяжёлых редкоземельных элементов в россыпных месторождениях
  • Бастнезит: карбонатитовые месторождения с более низким содержанием Dy
  • Монацит: торийсодержащий фосфат в месторождениях пляжных песков

🌏 Мировые центры производства

Китай (95% мировых поставок): ионно-адсорбционные глинистые месторождения на юге Китая в провинциях Цзянси, Гуандун и Фуцзянь содержат самые богатые в мире концентрации диспрозия. Эти месторождения сформировались в результате выветривания гранитных интрузий на протяжении миллионов лет, что привело к концентрации тяжёлых редкоземельных элементов в глинистых минералах.

Мьянма: незаконные горные разработки стали значительным источником, однако сопровождаются серьёзными экологическими и социальными издержками.

Альтернативные источники: месторождения Маунт-Уэлд в Австралии, Кванефьельд в Гренландии и Стрэндж-Лейк в Канаде содержат значительные запасы диспрозия, но остаются неосвоенными из-за технических и экономических проблем.

⚒️ Трудности добычи

Для извлечения диспрозия требуются сложные процессы разделения из-за эффектов лантаноидного сжатия. В ионно-адсорбционных глинах применяется выщелачивание сульфатом аммония, за которым следует многостадийная экстракция растворителями. Для полного разделения может потребоваться более 200 стадий экстракции, поэтому производство диспрозия чрезвычайно энерго- и химически затратно.

🌱 Воздействие на окружающую среду

Добыча диспрозия, особенно из ионно-адсорбционных глин, приводит к значительному нарушению окружающей среды. Производство каждого килограмма оксида диспрозия образует примерно 2,000 тонн отходов горных работ и требует интенсивной химической переработки.

♻️ Необходимость переработки

Из-за ограниченности поставок переработка диспрозия из постоянных магнитов становится всё более важной. Современные технологии переработки позволяют извлекать более 95% диспрозия из магнитов, выработавших ресурс, хотя текущий мировой уровень переработки остаётся ниже 1%.

Обращение

Безопасность

⚠️ Промышленные протоколы безопасности

🟡 Классификация: умеренная опасность

Диспрозий и его соединения представляют умеренную промышленную опасность и требуют соблюдения стандартных протоколов безопасности. Хотя они не обладают острой токсичностью, правильное обращение предотвращает воздействие и обеспечивает безопасность труда на предприятиях, работающих с ценными материалами.

🥽 Необходимые средства индивидуальной защиты

  • Защита органов дыхания: респиратор, одобренный NIOSH, при работе с порошками
  • Защита глаз: защитные очки с боковыми щитками при любых работах
  • Защита рук: химически стойкие перчатки (нитриловые или неопреновые)
  • Защита тела: химически стойкий фартук и защитная одежда

⚗️ Химические опасности

Пожароопасность: порошок металлического диспрозия пирофорен и может самовоспламеняться во влажном воздухе. Хранить под сухим инертным газом вдали от источников воспламенения и окислителей.

Контроль пыли: пыль оксида диспрозия может вызывать раздражение дыхательных путей и глаз. Поддерживать предел воздействия на рабочем месте ниже 5 mg/m³ в качестве средневзвешенного по времени значения за 8 часов.

🏥 Действия в чрезвычайных ситуациях

  • Попадание в глаза: промывать чистой водой в течение 15 минут, обратиться за медицинской помощью
  • Попадание на кожу: снять загрязнённую одежду, промыть кожу водой с мылом
  • Вдыхание: выйти на свежий воздух, наблюдать за появлением симптомов нарушения дыхания
  • Проглатывание: прополоскать рот, дать воду в сознательном состоянии, обратиться за медицинской помощью

🗄️ Хранение и обращение

Хранить соединения диспрозия в плотно закрытых контейнерах в прохладных, сухих и хорошо проветриваемых помещениях. Металлические порошки необходимо хранить в инертной атмосфере для предотвращения окисления. Отделять от несовместимых материалов, включая сильные кислоты и окислители.

♻️ Управление отходами

Учитывая высокую экономическую ценность диспрозия ($300–500/kg), все отходы следует собирать для переработки. Соблюдать процедуры конкретного предприятия по обращению с отходами редкоземельных элементов и их утилизации. Никогда не выбрасывать материалы, содержащие диспрозий, вместе с обычными отходами.

🔥 Пожарная авария

Для тушения пожаров металлического диспрозия использовать огнетушащие вещества класса D (сухой песок, графитовый порошок или специализированные огнетушители для металлических пожаров). Никогда не использовать воду или обычные огнетушители для тушения горящих редкоземельных металлов.

Краткие ответы

Диспрозий: часто задаваемые вопросы

What is Диспрозий?

Диспрозий (symbol Dy) is element 66 on the periodic table, a лантаноид in period 6. "Hard to get at", and now indispensable for magnets that must survive engine-bay heat. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Диспрозий?

Диспрозий's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹⁰ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 28, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Диспрозий?

Диспрозий melts at 1680 K (1406.9 °C) and boils at 2840 K (2566.9 °C).

What is the atomic mass of Диспрозий?

The standard atomic weight of Диспрозий is 162.5 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Диспрозий?

Диспрозий has a density of 8.54 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of диспрозий is about 8.5× heavier.

What is the electronegativity of Диспрозий?

Диспрозий has a Pauling electronegativity of 1.22. 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.

Who discovered Диспрозий, and when?

Диспрозий was discovered in 1886 by Lecoq de Boisbaudran. It is named after greek dysprositos, "hard to get at".

How common is Диспрозий on Earth?

Диспрозий makes up about 5.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

← Предыдущий Tb Terbium Element 65 · Lanthanide Далее → Ho Holmium Element 67 · Lanthanide