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莫桑德爾發現的金屬元素

元素符號Er,原子序數68,在化學元素周期表中位於第6周期、鑭系(IIIB族)11號,原子量167.26,元素名來源於釔土的發現地。鉺1843年瑞典科學家莫桑德爾用分級沉澱法從釔土中發現鉺的氧化物,1860年正式命名。鉺在地殼中的含量為0.000247%,存在於許多稀土礦中。有六種天然同位素:鉺162、164、166、167、168、170。

概述


鉺
鉺為銀灰色金屬,熔點1529°C,沸點2863°C,密度9.006克/厘米³;第一電離能6.10電子伏特。質軟,不溶於水,溶於酸。與鈥、鏑的化學性質和物理性質幾乎完全相同。鹽類和氧化物呈粉紅至紅色。鉺的同位素有:162Er、164Er、166Er、167Er、168Er、170Er。鉺可用作反應堆控制材料;鉺也可作某些熒光材料的激活劑。
元素來源:存在於火成岩中,可由電解熔融氯化鉺ErCl3而製得,與其他密度較大的稀土元素共存於磷釔礦和黑稀金礦中。

礦藏分佈


離子型稀土礦:中國江西、廣東、福建、湖南、廣西等。
磷釔礦:馬來西亞、中國廣西、廣東
鉺
獨居石:澳大利亞海岸海濱、印度海濱中國廣東和台灣海濱。

發現


莫桑德爾
莫桑德爾
發現人:莫桑德爾(C.G.Mosander)
發現年代:1843年
發現過程:1843年,由莫桑德爾(C.G.Mosander)發現。他原來將鉺德氧化物命名為氧化鋱,因此,早期德文獻中,氧化鋱和氧化鉺是混同的。直到1860年以後,才得糾正。
在發現鑭的同一時期里,莫桑德爾對最初發現的釔進行了分析研究,並於1842年發表報告,明確最初發現的釔土不是單一的元素氧化物,而是三種元素的氧化物。他把其中的一種仍稱為釔土,其中一種命名為erbia(鉺土)。元素符號定為Er。它的命名來源和釔一樣,出自最初發現釔礦石的產地,瑞典斯德哥爾摩附近的小鎮乙特比(Ytterby)。鉺和另兩個元素鑭、鋱的發現打開了發現稀土元素的第二道大門,是發現稀土元素的第二階段。他們的發現是繼鈰和釔兩個元素后又找到稀土元素中的三個。

理化性質


鉺
鉺為銀白色金屬;熔點1529°C,沸點2863°C,密度9.006g/cm;鉺在低溫下是反鐵磁性的,在接近絕對零度時為強鐵磁性,並為超導體
鉺在室溫下緩慢被空氣和水氧化,氧化鉺為玫瑰紅色。
鉺可用作反應堆控制材料;鉺也可作某些熒光材料的激活劑。第一電離能6.10電子伏特。與鈥、鏑的化學性質和物理性質幾乎完全相同。
鉺為銀白色金屬,質軟,不溶於水,溶於酸。鹽類和氧化物呈粉紅至紅色。鉺的同位素有:Er、Er、Er、Er、Er、Er。
元素名稱:鉺
元素符號:Er
英文名:Erbium
原子化焓:kJ /mol @25℃:314
熱容:J /(mol·K):28.12
導電性:10/(cm·Ω):0.0117
導熱係數:W/(m·K):14.5
熔化熱:(千焦/摩爾):19.90
汽化熱:(千焦/摩爾):261.0
原子體積:(立方厘米/摩爾):18.4
鉺激光器頭
氧化態:Main Er
Other
元素在宇宙中的含量:(ppm):0.002
元素在太陽中的含量:(ppm):0.001
元素在海水中的含量:(ppm):大西洋表面 0.00000059
大西洋深處 0.00000086
地殼中含量:(ppm):3.8
晶胞參數:
a = 355.88 pm;b = 355.88 pm;c = 558.74 pm;α = 90°;β = 90°;γ = 120°
聲音在其中的傳播速率:(m/S) 2830
電離能 (kJ /mol)
M—M 588.7;M—M 1151;M—M 2194;M—M 4115
元素類型:金屬
英文名:Erbium
外圍電子排布:4f 6s
電子層:K-L-M-N-O-P
同位素及放射線:Er-162、Er-164、*Er-166、Er-167、Er-168、Er-169[9.4d]、Er-170、Er-171[7.5h]、Er-172[2.1d]
電子親合能:0 KJ·mol
第一電離能:589 KJ·mol
第二電離能:1151 KJ·mol
第三電離能:0 KJ·mol
單質密度:8.795 g/cm
單質熔點:1522.0 ℃
單質沸點:2510.0 ℃
原子半徑:2.45埃
離子半徑:1.00(+3)埃
共價半徑:1.57埃

用途


摻鉺光纖放大器
摻鉺光纖放大器
1、Er3+在1550nm處的光發射具有特殊意義,因為該波長正好位於光纖通訊的光學纖維的最低損失,鉺離子(Er3+)受到波長980nm、1480nm的光激發后,從基態4I15/2躍遷至高能態4I13/2,當處於高能態的Er3+再躍遷回至基態時發射出1550nm波長的光,石英光纖可傳送各種不同波長的光,但不同的光光衰率不同,1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低(0.15分貝/公里),幾乎為下限極限衰減率。因此,光纖通信在1550nm處作信號光時,光損失最小。這樣,如果把適當濃度的鉺摻入合適的基質中,可依據激光原理作用,放大器能夠補償通訊系統中的損耗,因此在需要放大波長1550nm光信號的電訊網路中,摻鉺光纖放大器是必不可少的光學器件,目前摻鉺的二氧化硅纖維放大器已實現商業化。據報道,為避免無用的吸收,光纖中鉺的摻雜量幾十至幾百ppm。光纖通信的迅猛發展,將開闢鉺的應用新領域。
2、另外摻鉺的激光晶體及其輸出的1730nm激光和1550nm激光對人的眼睛安全,大氣傳輸性能較好,對戰場的硝煙穿透能力較強,保密性好,不易被敵人探測,照射軍事目標的對比度較大,已製成軍事上用的對人眼安全的攜帶型激光測距儀。
3、Er3+加入到玻璃中可製成稀土玻璃激光材料,是目前輸出脈衝能量最大,輸出功率最高的固體激光材料。
4、Er3+還可做稀土上轉換激光材料的激活離子。
5、它的氧化物Er2O3為玫瑰紅色,用來製造陶器得釉彩。陶瓷業中使用氧化鉺產生一種粉紅色的釉質。另外鉺也可應用於眼鏡片玻璃、結晶玻璃的脫色和著色等。
6、鉺在核工業中也有一些應用,還能作為其他金屬的合金成分。例如釩中摻入鉺能夠增強其延展性。

類別


氧化鉺

氧化鉺
氧化鉺
氧化鉺:erbium oxide
分子式:Er2O3
性質:Er2O3是體心立方和單斜兩種結構的粉狀物,粉紅色粉末,密度8.64,熔點2378℃,沸點3000℃。Er2O3磁矩也較大,為9.5M.B.。不溶於水,溶於酸,是一種穩定的化合物。其他性質及製備方法同於鑭系元素。由硝酸鉺或硫酸鉺溶液與鹼反應后,經分離、灼燒而得。
用途:主要用作釔鐵柘榴石添加劑和核反應堆控制材料,也用於製造特種發光玻璃和吸收紅外線的玻璃,還用作玻璃著色劑,製做粉紅色玻璃。

毒鉺

拌入毒藥製成的食料,用以誘殺害蟲,老鼠等。毒餌滅鼠常識,如果使用和管理方法正確,毒餌滅鼠不失為一種投入少、見效快的滅鼠方法,但應選擇高效低毒的滅鼠藥,並且要特別注意安全管理。滅鼠藥分為急性滅鼠藥和慢性滅鼠藥兩大類,一般應採用安全、高效的慢性滅鼠藥,如殺鼠迷、敵鼠鈉鹽溴敵隆等。近幾年來大面積滅鼠,使用的毒餌也都是慢性滅鼠藥,此類葯作用慢、癥狀較輕,不會引起鼠類拒食,萬一人畜誤中毒又有特效解毒藥,是高效安全的滅鼠劑。
滅鼠藥的誘餌可選擇小麥、稻穀、碎玉米等原糧,不宜用熟食,更不能用餅乾、速食麵等,以免被人誤食。毒餌必須選用一般食品不用的深藍或黑色作為警告色。鼠藥濃度是:殺鼠醚0.0375%,敵鼠鈉鹽0.025%,溴敵隆0.005%。黏著劑用量是3%至4%。為提高毒餌對老鼠的吸引力,可在其中加入5%左右的糖或0.5%的食鹽,亦可加0.1%的味精或2%的白酒。
毒餌應投放在老鼠經常出沒的地方(俗稱“鼠道”),一般可投放在距離牆根10厘米至15厘米處,每堆二三十克,次日檢查,吃多少補多少,吃光加倍,連續檢查,投放期至少應在2周以上。鼠患較嚴重的單位可以利用空心磚、專用毒餌箱在牆根邊長期投放一些毒鼠餌,做到長年滅鼠。在大範圍滅鼠活動中,如預先斷絕鼠糧然後用同一藥物同一時間投放毒餌,滅鼠效果會更好。
急性滅鼠藥,如“三步倒”、“毒鼠強”、“鼠立死”等屬國家禁用的劇毒藥,有的市民為圖方便,向街頭巷尾的無證小販購買此類殺鼠藥來使用,是錯誤和危險的。這類葯含有國家明令禁止的氟乙醯胺等成分,人畜誤服后可迅速中毒致死,而且易造成二次中毒甚至三次中毒,又沒有特效解毒劑,危害極大。另外,根據鼠類的生活習性,急性滅鼠藥的長期滅鼠效果遠不如慢性滅鼠藥,對滅鼠是不利的。

硝酸鉺

硝酸鉺
硝酸鉺
[英]Erbium Nitrate
化學式:Er(NO3)3•6H2O
熔點: 130℃(失去4個分子結晶水)
形 狀:粉紅色粒狀結晶,溶於水和醇,遇熱脫水,在潮濕空氣中易潮解。
用 途:用於是間化合物、玻璃、化學試劑等行業。
包 裝:採用雙層複合塑料袋真空包裝,每袋凈重為1、2、5kg,置於紙桶(鐵桶、塑料桶)中,每桶凈重40kg 或50kg。
【火災危險】:與有機物, 還原劑及易燃物硫、磷等混和后, 摩擦、撞擊, 有引起燃燒爆炸的危險。
【處置方法】:霧狀水、砂土。

應用領域


它得氧化物Er2O3為玫瑰紅色,用來製造陶器得釉彩。陶瓷業中使用氧化鉺產生一種粉紅色的釉質。鉺在核工業中也有一些應用,還能作為其他金屬的合金成分。例如釩中摻入鉺能夠增強其延展性。
鉺最突出的用途是製造摻鉺光纖放大器(Erbium Dopant Fiber Amplifier,簡稱EDFA)。摻鉺光纖放大器(EDFA)是1985年英國南安普頓大學首先研製成功的,它是光纖通信中最偉大的發明之一,甚至可以說是當今長距離信息高速公路的“加油站”。摻鉺光纖是在石英光纖中摻入少量稀土元素鉺離子(Er),它是放大器的核心。摻鉺光纖放大光信號的原理是:當Er受到波長980nm或1480nm的光激發吸收泵浦光的能量后,由基態躍遷到高能級的泵浦態。由於粒子在泵浦態的壽命很短,很快以非輻射的方式由泵浦態馳豫到亞穩態,粒子在該能帶有較長的壽命,逐漸積累。當有1550nm信號光通過時,亞穩態的Er離子以受激輻射的方式躍遷到基態,也正好發射出1550nm波長的光。這種從高能態躍迂至基態時發射的光補充了衰減損失的信號光,從而實現了信號光在光纖傳播過程中隨著衰減又不間斷地被放大。
將鉺摻入普通石英光纖,再配以980納米或1480納米兩種波長的半導體激光器,就基本構成了直接放大1550nm光信號的放大器。石英光纖可傳送各種不同波長的光,但光衰率不一樣,1550nm頻帶的光在石英光纖中傳輸時光衰減率最低(僅為0.15分貝/公里),衰減率幾乎是下限極限。因此,光纖通信以1550nm波長的光作信號光時,光的損失最小。所以,光纖中只要摻雜幾十至幾百ppm的鉺,就能夠起到補償通訊系統中光損耗的作用。摻鉺光纖放大器就如同一個光的“泵站”,使光信號一站一站毫不減弱地傳遞下去,從而順暢地開通了現代長距離大容量高速光纖通訊的技術通道。
鉺的另一個應用熱點是激光,尤其是用作醫用激光材料。鉺激光是一種固體脈衝激光,波長為2940nm,能被人體組織中的水分子強烈吸收,從而用較小的能量獲得較大的效果,可以非常精確地切割、磨削和切除軟組織。鉺YAG激光還被用做白內障摘除。因為白內障晶體的主要成分是水,鉺激光能量低,易被水吸收,將是一種很有發展前景的摘除白內障的手術方法。鉺激光治療儀正為激光外科開闢出越來越廣闊的應用領域。
鉺還可用作稀土上轉換激光材料的激活離子。鉺激光上轉換材料又分為單晶(氟化物、含氧鹽)和玻璃(光纖)兩類,如摻鉺的鋁酸釔(YAP:Er)晶體和摻雜Er的ZBLAN氟化物(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃光纖等,現在均已經實用化。BaYF5:Yb,Er可將紅外線轉成可見光,這種多光子上轉換髮光材料已成功地用於夜視儀