66 Dy 162.5
镧系元素 f-block Period 6

Dy · Element 66

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

20°C时的状态 固态
原子量 162.5 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁰ 6s²

结构

镝 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示镝在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 8.54 g/cm³ 52%
熔点 1680 K 69%
沸点 2840 K 56%
比热容 0.17 J/g·K
热导率 10.7 W/m·K 29%

原子

原子半径 176 pm 60%
共价半径 192 pm
范德华半径 229 pm

电子

电负性 1.22 22%
电离能 573.1 kJ/mol 20%
电子亲和能 1.4 kJ/mol 0%

存在

地壳中的丰度 5.2 mg/kg 65%

身份

符号Dy
原子序数66
原子量162.5 u
类别镧系元素
f
晶体结构六方密排
氧化态+3, +4
发现时间1886
发现者Lecoq de Boisbaudran

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 镝 atom?

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

热范围

Solid, liquid, gas — and when

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

所在位置

在表中的位置

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

OTHER 镧系元素

All 镧系元素

故事

镝 是什么,以及我们如何发现它

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

The discovery of 镝

🔬 法国科学成就

发现者:Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran,法国巴黎(1886年)

名称来源:希腊语“dysprositos”,意为“难以获得”

🧪 艰难的分离过程

镝的发现代表了稀土化学中技术要求最高的成就之一。Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran在巴黎的私人实验室工作,于1885年开始研究氧化钬样品,怀疑其中含有其他元素。

Boisbaudran运用改进的分级结晶技术,对硝酸钬溶液进行了32次以上的连续分离。每次分离都需要精确控制温度、pH值和浓度,才能实现哪怕是很有限的纯化。整个过程耗时近两年,工作极其细致。

🔬 光谱学突破

关键突破来自Boisbaudran在光谱的黄色和绿色区域观察到此前未知的吸收线。这些谱线始终出现在最难分离的馏分中,证实了新元素的存在。

Boisbaudran选择“dysprosium”(难以获得)这一名称,以纪念他在分离过程中遇到的非凡困难。事实证明,这个名称极具预见性——即使在今天,镝仍然是最难纯化的稀土元素之一。

⚗️ 确认与纯化

镝最初由Eugène-Anatole Demarçay于1886年通过独立的光谱分析加以确认。然而,制备纯镝化合物还需要数十年的进一步改进。

直到1906年,人们才获得了纯度较高的氧化镝;而金属镝则直到1950年才通过在Iowa State University开发的离子交换技术分离出来。

🏆 科学认可

Boisbaudran系统性的稀土分离方法奠定了现代镧系元素化学的基础。他对分离过程的详细记录使其他科学家能够重复他的工作,并进一步推动稀土研究。

🔬 现代视角

如今我们了解到,镝“难以获得”的原因源于镧系收缩现象,该现象使相邻稀土元素的离子半径几乎相同。这个在1886年看来仅具有学术意义的发现,如今支撑着每年价值数千亿美元的技术。

应用

镝的用途

磁铁超级英雄

镝因拥有所有元素中最高的磁矩之一而获得“磁铁超级英雄”的称号。这种关键稀土元素已成为全球转向可再生能源和电动交通不可或缺的材料,使其成为21世纪最具战略重要性的材料之一。

🌪️ 风能革命

镝是使风力涡轮机高效运行的秘密成分。添加到钕铁硼永磁体中后,镝会显著提高其温度稳定性和矫顽力。含有镝增强磁体的风力涡轮机发电机可在高达180°C的温度下运行,同时保持完整的磁力,即使在极端天气条件下也能实现更高效的发电。

🚗 电动汽车动力系统

道路上的每一辆Tesla、Prius和电动汽车,其电机都依赖镝增强永磁体。这些超高性能磁体在电动传动系统产生的高温下运行,同时提供更高的扭矩密度。镝使电动机比传统替代品小30%,效率高25%。

🏥 先进医疗技术

手术机器人依靠镝增强执行器,在精细操作期间实现极其精准的运动。MRI设备使用镝化合物作为造影剂,而先进激光系统则在医疗治疗和诊断的专用光学组件中采用镝。

🎬 专业照明系统

镝金属卤化物灯产生极其明亮且色彩准确的光线,是电影制作、体育场馆照明和建筑照明所必需的。这些专用灯每瓦产生的光线比传统灯泡多5倍,同时保持完美的色温稳定性。

⚛️ 核能应用

氧化镝在核反应堆控制系统中充当中子吸收剂,有助于调节核反应并维持安全运行条件。其出色的中子俘获截面使其成为核安全系统中不可替代的材料。

📡 先进电子技术

磁致伸缩应用在声纳系统、精密执行器和减振系统中使用镝合金。这种元素独特的磁性质能够实现超灵敏检测系统和精密机械控制应用。

🌟 驱动现代世界

  • 🔋 混合动力与电动汽车:Toyota Prius、Tesla汽车及所有主要电动汽车品牌的电机磁体
  • 💨 风力涡轮机:海上和陆上风电场中的永磁发电机
  • 📱 消费电子产品:扬声器磁体、硬盘驱动器电机和智能手机振动系统
  • 🏠 家用电器:空调、冰箱和洗衣机中的高效电机
  • 🎧 音频设备:高端耳机和专业音响系统
  • 🏭 工业电机:伺服电机、发电机和精密控制系统

💎 关键材料地位

由于存在供应风险且对清洁能源技术十分重要,美国能源部将镝列为“关键材料”。全球95%的产量集中在中国,镝的供应安全被许多国家视为国家安全问题。

📈 市场动态

预计到2030年,全球镝需求将增长7倍,主要受电动汽车普及和可再生能源扩张推动。目前市场价格为每千克$300-500,使其成为最有价值的工业材料之一。

🔬 新兴应用

下一代应用包括量子传感器、磁制冷系统和先进数据存储技术。对镝基单分子磁体的研究可能会彻底改变量子计算和超高密度存储器件。

来源

自然存在

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

🌍 战略性全球资源

镝在地壳中元素丰度排名第43位,平均浓度为5.2 ppm。然而,具有经济开采价值的矿床极其稀少,使镝成为现代经济中供应最受限制的关键材料之一。

🏔️ 主要矿物载体

  • 离子吸附型黏土:镝浓度最高(DyO₃含量最高可达0.1%)
  • 磷钇矿:砂矿床中的重稀土磷酸盐矿物
  • 氟碳铈矿:含镝量较低的碳酸岩型矿床
  • 独居石:海滩砂矿床中的含钍磷酸盐

🌏 全球生产中心

中国(全球供应量的95%):中国南方江西、广东和福建省的离子吸附型黏土矿床含有世界上最丰富的镝。数百万年来,花岗岩侵入体风化形成这些矿床,使重稀土元素富集于黏土矿物中。

缅甸:非法采矿活动已成为重要来源,但伴随着严重的环境和社会代价。

替代来源:澳大利亚Mount Weld、格陵兰Kvanefjeld和加拿大Strange Lake矿床含有大量镝储量,但由于技术和经济方面的挑战,仍未开发。

⚒️ 提取挑战

由于镧系收缩效应,镝的提取需要复杂的分离工艺。离子吸附型黏土采用硫酸铵浸出,随后进行多级溶剂萃取。完全分离可能需要超过200个萃取阶段,使镝的生产极其耗能且耗用大量化学品。

🌱 环境影响

镝矿开采,尤其是从离子吸附型黏土中开采,会造成严重的环境扰动。每生产一千克氧化镝约产生2,000吨采矿废物,并需要大量化学处理。

♻️ 回收势在必行

鉴于供应受限,从永磁体中回收镝正变得越来越重要。先进回收技术可从报废磁体中回收95%以上的镝,但目前全球回收率仍低于1%。

处理

安全

⚠️ 工业安全规程

🟡 中度危害分类

镝及其化合物具有中度工业危害,需要采用标准安全规程。虽然不会造成急性中毒,但正确操作可防止接触暴露,并确保高价值制造作业中的工作场所安全。

🥽 必要防护装备

  • 呼吸防护:处理粉末作业时使用NIOSH批准的呼吸器
  • 眼部防护:所有作业均佩戴带侧护板的安全眼镜
  • 手部防护:耐化学品手套(丁腈或氯丁橡胶)
  • 身体防护:耐化学品围裙和防护服

⚗️ 化学危害

火灾危害:镝金属粉末具有自燃性,在潮湿空气中可能自发着火。应在干燥惰性气体下储存,并远离点火源和氧化剂。

粉尘控制:氧化镝粉尘可能引起呼吸道和眼部刺激。应将工作场所暴露限值维持在低于5 mg/m³的8小时加权平均值。

🏥 应急响应

  • 眼睛接触:用清水冲洗15分钟,并寻求医疗评估
  • 皮肤接触:脱去受污染的衣物,用肥皂和水清洗
  • 吸入:转移到空气新鲜处,观察呼吸道症状
  • 摄入:漱口;意识清醒时提供饮水,并寻求医疗救助

🗄️ 储存与操作

将镝化合物储存在阴凉、干燥、通风良好区域内的密封容器中。金属粉末需要在惰性气氛中储存,以防止氧化。应与强酸和氧化剂等不相容材料分开存放。

♻️ 废物管理

鉴于镝的高经济价值(每千克$300-500),所有废料都应收集起来进行回收。遵循场所特定的稀土废物处理和处置程序。切勿将含镝材料丢入普通废物流。

🔥 火灾应急

镝金属火灾应使用D类灭火剂(干砂、石墨粉或专用金属灭火器)。切勿对燃烧的稀土金属使用水或普通灭火器。

快速回答

镝:常见问题

What is 镝?

镝 (symbol Dy) is element 66 on the periodic table, a 镧系元素 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 镝?

镝'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 镝?

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

What is the atomic mass of 镝?

The standard atomic weight of 镝 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 镝?

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

What is the electronegativity of 镝?

镝 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 镝, and when?

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

How common is 镝 on Earth?

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