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Dysprosium

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aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Dysprosium, Dy, 66
Elementkategorie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7429-91-6
EG-Nummer 231-073-9
ECHA-InfoCard 100.028.249
ATC-Code {{{ATC-Code}}}
Massenanteil an der Erdhülle 4,3 ppm (51. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse 162,500(1)[3] u
Atomradius (berechnet) 175 (228) pm
Kovalenter Radius 192 pm
Van-der-Waals-Radius pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f10 6s2
1. Ionisierungsenergie 5.93905(7) eV[4] ≈ 573.03 kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 11.647(20) eV[4] ≈ 1123.8 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 22.89(3) eV[4] ≈ 2210 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 41.23(8) eV[4] ≈ 3980 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 62.1(3) eV[4] ≈ 5990 kJ/mol[5]
6. Ionisierungsenergie {{{Ionisierungsenergie_6}}}
7. Ionisierungsenergie {{{Ionisierungsenergie_7}}}
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 8,559 g/cm3 (25 °C)[6]
Magnetismus paramagnetisch (χm = 0,065)[7]
Schmelzpunkt 1680 K (1407 °C)
Siedepunkt 2873 K[8] (2600 °C)
Molares Volumen 19,01 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 280 kJ·mol−1[8]
Schmelzenthalpie 11,06 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 2710 m·s−1 bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,08 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 11 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände +3
Normalpotential −2,29 V (Dy3+ + 3 e− → Dy)
Elektronegativität 1,22 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
154Dy {syn.} 3 · 106 a α 2,947 150Gd
155Dy {syn.} 9,9 h ε 2,095 155Tb
156Dy 0,06 % Stabil
157Dy {syn.} 8,14 h ε 1,341 157Tb
158Dy 0,10 % Stabil
159Dy {syn.} 144,4 d ε 0,366 159Tb
160Dy 2,34 % Stabil
161Dy 18,91 % Stabil
162Dy 25,51 % Stabil
163Dy 24,90 % Stabil
164Dy 28,18 % Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ in
rad·T−1·s−1 		Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
161Dy 5/2 −0,92 · 107 3,44
163Dy 5/2 1,289 · 107 4,82
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[9]

Pulver

Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228​‐​260
P: 210​‐​231+232​‐​280​‐​302+335+334[9]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Dysprosium (von altgriechisch δυσπρόσιτος dysprósitos „schwer zugänglich“) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Dy und der Ordnungszahl 66. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden.

Geschichte

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Dysprosium

Die Entdeckung des Dysprosiums ist ein Teil der Geschichte der Untersuchungen des Ytterbits (heute Gadolinit), eines Minerals aus der Grube Ytterby bei Stockholm in Schweden. Nach der Entdeckung des Yttriums 1794 durch Johan Gadolin trennte Carl Gustav Mosander 1843 Gadolinit in drei verschiedene Erden (Elementoxide). Diese nannte er neben Yttererde (Yttriumoxid), Erbinerde (Erbiumoxid) und Terbinerde (Terbiumoxid).[10] 1879 entdeckten Per Theodor Cleve und Jacques-Louis Soret unabhängig voneinander bei spektroskopischen Untersuchungen, dass in Erbium noch weitere Elemente enthalten sein müssen. Diese wurden nach dem Vorschlag von Cleve Holmium und Thulium genannt.[11]

Anschließend wurde von Cleve und weiteren Chemikern versucht, durch fraktionierte Kristallisation das Holmium zu isolieren, dies jedoch erfolglos. Auch Paul Émile Lecoq de Boisbaudran führte 1886 Fraktionierungsexperimente zum Holmium durch und bemerkte dabei, dass es Fraktionen gab, die Absorptionsbanden bei 753 und 451,5 nm zeigten, aber nicht die typischen Banden des Holmiums bei 640 und 536 nm. Er konnte über die Farbe des Salzes und andere Banden ausschließen, dass es sich um ein anderes bekanntes Element handelt, also musste ein weiteres Element existieren. Da das bislang unbekannte Element experimentell nur schwer erreichbar war und es ihm nicht gelang, eine reine Fraktion herzustellen, nannte Lecoq de Boisbaudran es nach altgriechisch δυσπρόσιτος dysprósitos „schwer zugänglich“ Dysprosium.[12]

Die Gewinnung reinen Dysprosiumoxids gelang erstmals 1906 Georges Urbain durch Fraktionierte Kristallisation der Ethylsulfate.[13] Metallisches Dysprosium gewannen erstmals 1936 Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer durch die Reduktion von Dysprosium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C.[14] 1950 wurde von Frank Harold Spedding eine effektive Trennmöglichkeit der schwierig zu trennenden Dysprosium und Yttrium durch Ionenaustausch entwickelt.[15]

Vorkommen

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Dysprosium ist auf der Erde ein nicht sehr häufiges Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 5,2 ppm. Es liegt damit in seiner Häufigkeit hinter den meisten leichten Seltenen Erden wie Cer, Neodym oder Samarium, aber vor den meisten schweren wie Erbium, Ytterbium oder Holmium.[16]

Es sind keine Dysprosiumminerale bekannt, das Element tritt stets vergesellschaftet mit den anderen Lanthanoiden auf. Minerale mit besonders hohem Dysprosiumanteil sind beispielsweise Xenotim mit einem Anteil von etwa 5 %[17] und Gadolinit-(Y) mit 3,7 % Dysprosium.[18] Die für die Gewinnung von anderen Lanthanoiden wichtigen Erze Monazit und Bastnäsit enthalten dagegen nur geringe Mengen Dysprosium.[19]

Die kommerziell wichtigste Quelle für Dysprosium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.[20][19]

Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.[20] Nach Recherchen von Global Witness wurden Regionen im Kachin-Staat in Myanmar seit 2017 wichtige Abbaugebiete insbesondere von Dysprosium und Terbium. So betrug der Export von schweren Seltenen Erden von Myanmar nach China 2023 über 40.000 Tonnen. Dies hat erhebliche Umweltzerstörungen zur Folge und Einfluss auf den Bürgerkrieg in Myanmar. 2023 verdiente die Militärregierung 1,4 Milliarden Dollar mit dem Export von schweren Seltenen Erden wie Dysprosium.[21]

Eine mögliche alternative Dysprosium-Quelle sind Eudialyt-Erze, die in Norra Kärr in Schweden entdeckt wurden. Diese enthalten etwa 0,6 % Seltene Erden, davon etwa 5 % Dysprosium.[22]

Gewinnung und Darstellung

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Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Dysprosiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Dysprosiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird dies mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Dysprosium reduziert. Die Abtrennung verbliebener Calciumreste und anderer Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum. Nach einer Destillation im Hochvakuum gelangt man zum hochreinen Dysprosium.

Eigenschaften

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Dysprosium ist ein silbergraues bieg- und dehnbares Metall, das zu den Seltenen Erden gerechnet wird. Es existiert in zwei Modifikationen: Bei 1384 °C wandelt sich α-Dysprosium (hexagonal-dichtest) in β-Dysprosium (kubisch-raumzentriert) um.

Dysprosium ist sehr unedel, also sehr reaktionsfreudig. An der Luft überzieht es sich mit einer Oxidschicht, in Wasser wird es langsam unter Hydroxidbildung angegriffen, in verdünnten Säuren wird es unter Wasserstoffbildung zu Salzen gelöst.

Dysprosium besitzt zusammen mit Holmium das höchste magnetische Moment (10,6 μB) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente.[23][24]

Bedeutung

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Als wirtschaftlich wichtiger Rohstoff mit hohem Versorgungsrisiko ist Dysprosium von der EU als kritischer Rohstoff eingestuft.[25][26]

Verwendung

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Die Fördermenge von Dysprosium wird auf weniger als 100 Tonnen pro Jahr geschätzt. Es findet Verwendung in verschiedenen Legierungen, in Spezialmagneten und mit Blei legiert als Abschirmmaterial in Kernreaktoren. Jedoch gerade die Verwendung in Permanentmagneten, wie sie u. a. in den Generatoren mancher Windkraftanlagentypen verwendet werden, hat diese Metalle der seltenen Erden zum raren Rohstoff gemacht.

Weitere Anwendungen:

Verbindungen

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Eine Übersicht über weitere Dysprosiumverbindungen bietet die Kategorie:Dysprosiumverbindung.

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Commons: Dysprosium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Dysprosium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Eintrag zu Dysprosium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus webelements.com (Dysprosium) entnommen.
  3. ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. ↑ a b c d e Eintrag zu dysprosium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. ↑ a b c d e Eintrag zu dysprosium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  7. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. ↑ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  9. ↑ a b Eintrag zu Dysprosium, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 10. Januar 2025. (JavaScript erforderlich)
  10. ↑ C. G. Mosander: XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In: The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 doi:10.1080/14786444308644728.
  11. ↑ Per Teodor Cleve: Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine. In: Comptes Rendus. 1879, 89, S. 479–481 (Digitalisat auf Gallica).
  12. ↑ Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: L’holmine (ou terrre X de M. Soret) contient au moins deux radicaux métalliques. In: Comptes Rendus. 1886, 143, S. 1003–1006 (Digitalisat auf Gallica).
  13. ↑ Georges Urbain: Sur l'Isolement et sur les Divers Caractères Atomiques du Dysprosium. In: Comptes Rendus. 1906, 142, S. 785–788 (Digitalisat auf Gallica).
  14. ↑ W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115.
  15. ↑ F. H. Spedding, James L. Dye: An efficient separation of dysprosium and yttrium. In: Journal of the American Chemical Society. 1950, Band 72, Nummer 11, S. 5350 doi:10.1021/ja01167a547#.
  16. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Geophysics, Astronomy, and Acoustics, S. 14-14.
  17. ↑ Athanasios K. Karamalidis, Roderick Eggert: Rear Eath Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification. Wiley, 2024, ISBN 978-1-119-51503-6, S. 120.
  18. ↑ L. М. Lyalina, Е. А. Селиванова, Yevgeny E. Savchenko, Dmitry Zozulya, G. I. Kadyrova: Minerals of the gadolinite-(Y)-hingganite-(Y) series in the alkali granite pegmatites of the Kola Peninsula. In: Geology of Ore Deposits. 2014, Band 56, Nummer 8, S. 675–684 doi:10.1134/S1075701514080042.
  19. ↑ a b Petra Zapp, Josefine Marx, Andrea Schreiber, Bernd Friedrich, Daniel Voßenkaul: Comparison of dysprosium production from different resources by life cycle assessment. In: Resources Conservation and Recycling. 2017, Band 130, S. 248–259 doi:10.1016/j.resconrec.2017.12.006.
  20. ↑ a b A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nummer 1 doi:10.1038/s41467-020-17801-5.
  21. ↑ Global Witness: Fuelling the future, poisoning the present: Myanmar’s rare earth boom. veröffentlicht am 23. Mai 2024, abgerufen am 22. April 2025.
  22. ↑ Andrea Schreiber, Josefine Marx, Petra Zapp, Jürgen‐Friedrich Hake, Daniel Voßenkaul, Bernd Friedrich: Environmental Impacts of Rare Earth Mining and Separation Based on Eudialyte: A New European Way. In: Resources. 2016, Band 5, Nummer 4, S. 32 doi:10.3390/resources5040032.
  23. ↑ Dysprosium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (englisch).
  24. ↑ Holmium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (englisch).
  25. ↑ Andreas Baur, Lisandra Flach: Deutsch-chinesische Handelsbeziehungen: Wie abhängig ist Deutschland vom Reich der Mitte? In: ifo Schnelldienst. 13. April 2022, abgerufen am 23. Dezember 2022.
  26. ↑ Europäische Kommission: Widerstandsfähigkeit der EU bei kritischen Rohstoffen: Einen Pfad hin zu größerer Sicherheit und Nachhaltigkeit abstecken (COM/2020/474 final), Anhang 1: Liste der kritischen Rohstoffe.
  27. ↑ Oliver Langenscheidt: Elektroden für HID-Lampen – Diagnostik und Simulation. Witten 2008. urn:nbn:de:hbz:294-23610
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