元素符号Er,
原子序数68,在
化学元素周期表中位于第6周期、
镧系(IIIB族)11号,原子量167.26,元素名来源于
钇土的发现地。 铒1843年瑞典科学家
莫桑德尔用分级
沉淀法从钇土中发现铒的氧化物,1860年正式命名。铒在地壳中的含量为0.000247%,存在于许多
稀土矿中。有六种天然
同位素:铒162、164、166、167、168、170。
研究简史
发现年代:1843年
发现过程:1843年,由莫桑德尔(C.G.Mosander)发现。他原来将铒的氧化物命名为
氧化铽,因此,早期德文献中,氧化铽和
氧化铒是混同的。直到1860年以后,才得纠正。
在发现镧的同一时期里,
莫桑德尔对最初发现的
钇进行了分析研究,并于1842年发表报告,明确最初发现的
钇土不是单一的元素氧化物,而是三种元素的氧化物。他把其中的一种仍称为钇土,其中一种命名为erbia(铒土)。
元素符号定为Er。它的命名来源和钇一样,出自最初发现钇矿石的产地,
瑞典斯德哥尔摩附近的小镇乙特比(Ytterby)。铒和另两个元素
镧、铽的发现打开了发现
稀土元素的第二道大门,是发现稀土元素的第二阶段。他们的发现是继铈和钇两个元素后又找到稀土元素中的三个。
矿藏分布
存在于
火成岩中,可由
电解熔融
氯化铒(III)ErCl3而制得,与其他密度较大的
稀土元素共存于
磷钇矿和
黑稀金矿中。
离子型稀土矿:中国江西、广东、福建、湖南、广西等。
独居石:澳大利亚海岸海滨、印度海滨中国广东和台湾海滨。
理化性质
铒为银白色金属;熔点1529°C,沸点2868°C,密度9.062g/cm3;铒在低温下是反
铁磁性的,在接近绝对零度时为强
铁磁性,并为
超导体。
铒在室温下缓慢被空气和水氧化,
氧化铒为玫瑰红色。与其他
镧系元素类似,铒的价态为正三价,基态Er0的电子排布为4f126s2;Er+为4f126s1;Er2+为4f12;Er3+为4f11。
铒可用作
反应堆控制材料;铒也可作某些
荧光材料的激活剂。
第一电离能6.10电子伏特。与钬、镝的
化学性质和物理性质几乎完全相同。
铒为银白色金属,质软,不溶于水,溶于酸。盐类和氧化物呈粉红至红色。铒的同位素有:162Er、164Er、166Er、167Er、168Er、170Er。
元素名称:铒
原子体积:(立方厘米/摩尔):18.4
铒激光器头
Other
元素在宇宙中的含量:(ppm):0.002
元素在太阳中的含量:(ppm):0.001
元素在海水中的含量:(ppm):大西洋表面 0.00000059
大西洋深处 0.00000086
地壳中含量:(ppm):3.8
a = 355.88 pm;b = 355.88 pm;c = 558.74 pm;α = 90°;β = 90°;γ = 120°
M—M+ 588.7;M+—M2+ 1151;M2+—M3+ 2194;M3+—M4+ 4115
元素类型:金属
元素符号:Er
中文名:铒
同位素及
放射线:Er-162、Er-164、*Er-166、Er-167、Er-168、Er-169[9.4d]、Er-170、Er-171[7.5h]、Er-172[2.1d]
第三电离能:0 KJ·mol-1
单质密度:8.795 g/cm3
单质熔点:1522.0 ℃
单质沸点:2510.0 ℃
制备方法
以金属钙还原无水氟化物可制得金属铒。
氟化铒的钙热还原法。冶炼设备为真空感应炉,该设备要能调节控制炉温高达1800℃,控温精度±10℃,炉体真空可达10-5Pa。还原剂
金属钙用钙粒或钙屑,都应是重蒸馏过的,其氧、氮等杂质含量要低。氟化物钙热直接还原使用能耐氟化物腐蚀并不与稀土金属作用的
钽坩埚,由厚度为0.3~0.4mm钽片氩弧焊接而成。还原的保护气氛使用氩气。将过量10%~15%的金属钙屑或钙粒与
氟化铒混匀,装在钽坩埚中压实,盖好盖子,然后放入真空感应炉中开始抽真空至10-2Pa后,缓慢加热至400~600℃。在深脱气后充入净化的氩气至6×104Pa,继续升温至800~1000℃,炉料开始明显地发生还原反应。然后将温度升至1500℃并保持10~15min,使金属与渣熔化和彼此充分分层分离,从而获得致密的金属锭。氟化物钙热还原法只能得到工业纯的铒金属。一般铒金属的纯度为95%~98%。为了提高还原产品的纯度,需要使用经干法氟化法制备的较纯的氟化铒(含氧、氮、过渡金属特别是铁少)。还原剂钙使用前需要于799.93Pa的氦分压下蒸馏提纯,并把提纯过的钙保存在充氦的密封干燥箱内,以避免氧化及吸收空气中水分。还原产品中钙含量一般为0.2%~0.5%,坩埚杂质钽含量约为0.1%~0.5%。
应用领域
它的氧化物Er2O3为玫瑰红色,用来制造陶器的
釉彩。陶瓷业中使用
氧化铒产生一种粉红色的釉质。铒在核工业中也有一些应用,还能作为其他金属的合金成分。例如钒中掺入铒能够增强其
延展性。
铒最突出的用途是制造
掺铒光纤放大器(Erbium Dopant Fiber Amplifier,简称EDFA)。掺铒光纤放大器(EDFA)是1985年
英国南安普顿大学首先研制成功的,它是光纤通信中最伟大的发明之一,甚至可以说是当今长距离信息高速公路的“加油站”。掺铒光纤是在
石英光纤中掺入少量稀土元素铒离子(Er3+),它是放大器的核心。掺铒光纤放大光信号的原理是:当Er3+受到波长980nm或1480nm的光激发吸收泵浦光的能量后,由基态跃迁到高能级的泵浦态。由于粒子在泵浦态的寿命很短,很快以非辐射的方式由泵浦态驰豫到亚稳态,粒子在该能带有较长的寿命,逐渐积累。当有1550nm信号光通过时,亚稳态的Er3+离子以受激辐射的方式跃迁到基态,也正好发射出1550nm波长的光。这种从高能态跃迂至基态时发射的光补充了衰减损失的信号光,从而实现了信号光在光纤传播过程中随着衰减又不间断地被放大。
将铒掺入普通石英光纤,再配以980纳米或1480纳米两种波长的
半导体激光器,就基本构成了直接放大1550nm光信号的放大器。石英光纤可传送各种不同波长的光,但光衰率不一样,1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率最低(仅为0.15分贝/公里),衰减率几乎是下限极限。因此,光纤通信以1550nm波长的光作信号光时,光的损失最小。所以,光纤中只要掺杂几十至几百ppm的铒,就能够起到补偿通讯系统中光损耗的作用。掺铒光纤放大器就如同一个光的“泵站”,使光信号一站一站毫不减弱地传递下去,从而顺畅地开通了现代长距离大容量高速光纤通讯的技术通道。
铒的另一个应用热点是激光,尤其是用作医用激光材料。铒激光是一种固体脉冲激光,波长为2940nm,能被人体组织中的水分子强烈吸收,从而用较小的能量获得较大的效果,可以非常精确地切割、磨削和切除软组织。铒YAG激光还被用做白内障摘除。因为白内障晶体的主要成分是水,铒激光能量低,易被水吸收,将是一种很有发展前景的摘除白内障的手术方法。铒激光治疗仪正为激光外科开辟出越来越广阔的应用领域。
铒还可用作稀土上转换激光材料的激活离子。铒激光上转换材料又分为单晶(氟化物、含氧盐)和玻璃(光纤)两类,如掺铒的铝酸钇(YAP:Er3+)晶体和掺杂Er3+的ZBLAN氟化物(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃光纤等,均已经实用化。BaYF5:Yb3+,Er3+可将红外线转成可见光,这种多光子
上转换发光材料已成功地用于夜视仪。
2022年11月,德国科学家首次将拥有特殊光学特性的铒原子集成到硅晶体内,这些原子可通过通信领域常用的光连接起来,使其成为未来量子网络的理想构建块。
计算化学数据
数据:
1.疏水参数计算参考值(XlogP):无
2.氢键供体数量:0
3.氢键受体数量:0
4.可旋转化学键数量:0
5.互变异构体数量:无
6.拓扑分子极性表面积0
7.重原子数量:1
8.表面电荷:0
9.复杂度:0
10.同位素原子数量:0
11.确定原子立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定化学键立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15.共价键单元数量:1
安全信息
信息:
包装等级:III
风险类别:8
WGK_Germany:3
德国有关水污染物质的分类清单
危险类别码:R11
安全说明:S43
危险标志:F:Highlyflammable;
保护措施
2024年6月,公布《稀土管理条例》,自2024年10月1日起施行。