Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan

Disprosium adalaj unsur metalik milik seri lantanida panggilan tanah jarang, dan yang simbol kimia Dy. Kelimpahannya relatif rendah, memiliki konsentrasi perkiraan 5,2 ppm di kerak bumi. Ini umumnya merupakan bagian dari mineral fosfat dan banyak lainnya di mana oksida lantanida mendominasi.

Disprosium, bersama dengan holmium, adalah logam dengan gaya magnet tertinggi, menjadikannya komponen penting untuk pembuatan magnet dan peralatan penyimpanan data. Meskipun namanya didahului dengan awalan dis-, sebenarnya ia mewakili salah satu logam dengan kegunaan teknologi terbesar dan paling menjanjikan.

Sampel ultra murni dan dendritik dari disprosium logam. Sumber: http://images-of-elements.com/ / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Disprosium biasanya berpartisipasi sebagai kation Dy 3+ dalam banyak senyawanya, memiliki hingga lima elektron tidak berpasangan dalam orbital 4fnya, yang menjelaskan asal mula sifat magnetiknya yang tidak biasa. Senyawanya, berwarna kekuningan atau kehijauan, bersifat luminescent, pemancar radiasi infra merah, dan merupakan dopan yang baik untuk bahan magnetik.

Penemuan

Disprosium ditemukan pada tahun 1886 oleh ahli kimia Prancis Paul mile Lecoq, yang mempelajari sampel mineral tanah jarang dan mengidentifikasinya secara spektroskopi dengan menganalisis berbagai fraksi yang diekstraksi dari holmium oksida. Lecoq melakukan lebih dari 30 pengendapan hidroksida logam menggunakan amonia, diikuti dengan memperoleh garam oksalat masing-masing.

Karena pekerjaannya yang ekstensif, Lecoq menamai logam ini ‘disprosium’, yang asal etimologisnya berasal dari kata Yunani ‘dysprositos’, yang berarti ‘sulit diperoleh’.

Namun, Lecoq hanya mampu menyiapkan sampel disprosium yang tidak murni. Diperlukan waktu sekitar 80 tahun untuk penemuan dan pengembangan kromatografi pertukaran ion pada tahun 1950 untuk menghasilkan sampel logam disprosium yang murni dan pertama. Prestasi ilmiah ini adalah karya kimiawan Frank Spedding.

Struktur disprosium

Atom disprosium, Dy, disatukan dalam kristalnya oleh aksi ikatan logam. Sebagai hasil dari interaksi ini, jari-jari atomnya, dan cara pengemasannya, dysprosium akhirnya mengadopsi struktur kristal heksagonal kompak (hcp), yang mencirikan kekerasannya, dan yang sesuai dengan fase -Dy.

Pada suhu rendah, struktur hcp mengalami distorsi ortorombik (fase β-Dy), yang disebabkan oleh transisi magnetik antara keadaan feromagnetik (di bawah -188,2 C) dan antiferromagnetik.

Sedangkan pada suhu tinggi (di atas 1381 C), struktur disprosium berubah menjadi kubus berpusat badan (bcc), sesuai dengan fase -Dy atau alotrop.

Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektronik disprosium

Konfigurasi elektronik dan disingkat untuk dysprosium adalah sebagai berikut:

[Xe] 4f 10 6s 2

Menjadi anggota kesepuluh dari deret lantanida, ada korespondensi antara fakta ini dan sepuluh elektronnya di orbital 4f.

Ketika teroksidasi dan kehilangan tiga elektron, kation Dy 3+ yang dihasilkan memiliki konfigurasi:

[Xe] 4f 9 6s 0

Dimana hingga lima elektron tidak berpasangan tetap berada di orbital 4f mereka. Ciri-ciri ini menjelaskan sifat magnetik yang tidak biasa dari dysprosium dan senyawanya.

Sifat disprosium

Penampilan fisik

Dysprosium adalah logam keabu-abuan yang semakin gelap ketika teroksidasi. Ini memiliki kekerasan yang cukup besar, yang permukaannya, ketika dikikir dengan roda, mengeluarkan percikan warna kekuningan kehijauan.

Nomor atom

66

Masa molar

162,5 g / mol

Titik lebur

1407 C

Titik didih

2562 C

Kepadatan

Pada suhu kamar: 8.540 g / cm 3

Tepat di titik leleh: 8,37 g / cm 3

Keadaan oksidasi

Disprosium memiliki bilangan atau bilangan oksidasi berikut dalam senyawanya: 0 (Dy 0 dalam paduan atau senyawa organo), +1 (Dy + ), +2 (Dy 2+ ), +3 (Dy 3+ ) dan +4 (Dy 4+ ). Dari semuanya, yang paling stabil dan dominan adalah +3, karena kation Dy 3+ memiliki stabilitas elektronik yang khas.

Keelektronegatifan

1,22 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Pertama: 573 kJ / mol

Kedua: 1130 kJ / mol

Ketiga: 2200 kJ / mol

Urutan magnetik

Ini sangat paramagnetik di atas 300 K. Bahkan magnet neodymium yang kuat pun tidak menariknya dengan kekuatan yang luar biasa; kecuali membeku dalam nitrogen cair dan mencapai keadaan feromagnetiknya. Maka itu akan ditarik dengan kekuatan besar.

Reaktivitas

Disprosium logam teroksidasi perlahan atau cepat dalam nyala api untuk berubah menjadi oksidanya masing-masing:

4 Dy + 3 O 2 → 2 Dy 2 O 3

Oksida ini, Dy 2 O 3 , memiliki kekhasan bahwa ia memiliki sifat magnetik yang lebih besar daripada oksida besi, Fe 2 O 3 (keduanya sesquioksidas).

Demikian juga, disprosium logam mudah bereaksi dengan air dingin atau panas untuk menghasilkan hidroksidanya:

2 Dy + 6 H 2 O → 2 Dy (OH) 3 + 3 H 2

Dan juga langsung dengan halogen membentuk rangkaian halida yang padatannya berwarna putih atau kehijauan-kekuningan.

Dysprosium mampu bereaksi pada suhu tinggi dengan salah satu non-logam, untuk menghasilkan senyawa di mana ia berpartisipasi dengan bilangan oksidasi +3 atau +2. Garam oksalatnya, Dy 2 (C 2 O 4 ) 3 , tidak larut dalam air, sifat yang diandalkan Lecoq untuk dapat memisahkannya dari holmium oksida di mana ia ada.

Cara Mendapatkan

Bahan baku

Dysprosium adalah bagian dari banyak mineral tanah jarang, termasuk: xenotime, monasit, bastnäsite, euxenite, gadolinite, lempung laterit, dll. Hal ini ditemukan dengan kelimpahan yang cukup (7-8%) dalam versi kaya yttrium dari mineral ini, juga disertai dengan ion logam erbium dan holmium.

Namun, pasir monasit dan mineral fosfat tanah jarang adalah sumber mineralogi dan komersial utama untuk produksi disprosium.

Produksi

Disprosium adalah produk sampingan dari ekstraksi yttrium dan pemrosesan metalurgi. Ion Dy 3+ -nya dipisahkan dengan metode magnetik selama proses flotasi, sehingga konsentrasi ion lantanida tetap ada, yang pada akhirnya dipisahkan dengan menggunakan teknik kromatografi penukar ion.

Ion Dy 3+ bereaksi dengan halogen yang berbeda untuk mendapatkan halidanya, yang akhirnya direduksi menggunakan logam alkali atau logam alkali tanah sebagai zat pereduksi:

3 Ca + 2 DyF 3 → 2 Dy + 3 CaF 2

Reduksi metalotermik tersebut dilakukan dalam wadah tantalum di bawah atmosfer helium inert.

Pemurnian disprosium dicapai dengan memisahkannya dari campuran yang didinginkan, dan menyulingnya di bawah vakum untuk menghilangkan kotoran dari garam lain, sehingga memperoleh sampel logam yang semakin murni.

Penggunaan / aplikasi Disprosium

Spektroskopi inframerah

Senyawa yang terbentuk antara Disprosium dan chalcogenides (O, S, Se, dll.) adalah pemancar radiasi inframerah, yang digunakan dalam analisis spektroskopi untuk penjelasan struktur, karakterisasi, dan pemantauan reaksi kimia.

Reaktor nuklir

Disprosium adalah penyerap neutron yang sangat baik, itulah sebabnya ia menjadi bagian dari batang kendali di reaktor fisi nuklir, sedemikian rupa sehingga menyebarkan atau menetralkan kelebihan energi yang dilepaskan.

Sinetamografi

Lampu yang mengandung disprosium iodida, DyI 3 , dicampur dengan cesium iodida dan merkuri bromida, yang dicirikan oleh pendaran intensnya, digunakan di studio film .

Komputer

Baik disprosium maupun ion-ionnya sangat rentan terhadap magnetisasi, sifat yang menjadikannya komponen ideal untuk pembuatan hard disk drive untuk komputer, dan perangkat penyimpanan data pada umumnya.

Magnet

Atom disprosium juga berfungsi sebagai aditif untuk magnet neodymium yang kuat (Nd-Fe-B), terutama digunakan untuk generator listrik di turbin angin.

Dosimetri

Demikian juga, ion disprosium digabungkan dengan beberapa garam untuk memberi mereka pendaran, yang diaktifkan oleh paparan radiasi pengion paling sedikit, oleh karena itu digunakan dalam perangkat dosimetri.

Terfenol-D

Disprosium adalah komponen penting dari paduan Terphenol-D, yang juga mengandung atom erbium dan besi. Ini adalah bahan magnetostriktif, yang berarti bahwa ia berubah bentuk (mengembang atau berkontraksi) ketika berinteraksi dengan indera yang berbeda dari medan magnet. Terphenol-D memiliki kegunaan dalam sistem sonar, transduser, speaker, sensor, dll.

Referensi

  1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia Anorganik . (edisi keempat). Bukit Mc Graw.
  2. Wikipedia. (2020). Thorium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
  3. Simon Kapas. (1 Desember 2009). Disprosium. Kimia dalam unsur-unsurnya. Diperoleh dari: chemistryworld.com
  4. Redaktur Encyclopaedia Britannica. (2020). Disprosium. Dipulihkan dari: britannica.com
  5. Dr.Doug Stewart. (2020). Fakta Unsur Disprosium. Dipulihkan dari: chemicool.com

Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan
Litium bromida: struktur, sifat, kegunaan, risiko