الديسبروسيوم خواص العنصر واستخداماته

مقدمة عن الديسبروسيوم

الديسبروسيوم (الرمز Dy، العدد الذري 66) هو عنصر أرضي نادر وعضو في سلسلة اللانثانيد في الجدول الدوري. اكتُشف الديسبروسيوم في عام 1886 على يد الكيميائي السويدي بير تيودور كليف. تم استخراجه من المعادن المحتوية على الإربيوم. وقد سُمي بهذا الاسم من الكلمة اليونانية ديسبروسيتوس التي تعني "صعب الحصول عليه"، وذلك بسبب ندرته وسهولة استخراجه.

ويوجد الديسبروسيوم بشكل طبيعي في معادن مثل المونازيت والباستناسيت والزينوتيم، وعادةً ما يكون ذلك بالاشتراك مع اللانثانيدات الأخرى. وعلى الرغم من ندرته النسبية، إلا أن خصائصه المميزة - وأبرزها الخصائص المغناطيسية والحرارية والامتصاصية للنيوترونات - تجعله لا غنى عنه في التكنولوجيا المعاصرة.

الخواص الفيزيائية للديسبروسيوم

يتمتع الديسبروسيوم بخصائص فيزيائية مهمة تجعله ذا قيمة في التطبيقات عالية الأداء:

يكون الديسبروسيوم الفضي الأبيض الفضي ناعمًا جدًا في السائب، ولكنه يتفاعل بقوة عند طحنه ناعمًا. وتعتبر درجات الغليان والانصهار عالية ضمن نطاق اللانثانيدات، وهذه القدرة على مقاومة الحرارة هي فائدة. لمزيد من البيانات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

وصف الخواص الكيميائية

من الناحية الكيميائية، يُعرَّف الديسبروسيوم بحالة الأكسدة المستقرة +3 التي تسود في معظم مركباته. تسمح طبيعته الأيونية وتفاعليته بإنتاج مجموعة واسعة من الأكاسيد والهاليدات والأملاح المعقدة.

بعض الخصائص الكيميائية الرئيسية هي:

-التفاعلية: يتفاعل فلز الديسبروسيوم ببطء مع الماء البارد ولكنه يتفاعل بسهولة مع الأحماض ليعطي أيونات الديسبروسيوم.

-تكوين الأكسيد: يُستخدم أكسيد الديسبروسيوم المستقر حرارياً على نطاق واسع كمادة مستهدفة لأجهزة الليزر والمغناطيس.

- السلوك المغناطيسي: الديسبروسيوم مضاد للمغناطيسية في درجات الحرارة المنخفضة ومغناطيسية حديدية في درجات حرارة أقل من 85 كلفن ، وبالتالي فهو ذو قيمة عالية لاستخدامه في السبائك المغناطيسية.

هذه الخصائص الكيميائية إلى جانب الثبات الحراري تجعل الديسبروسيوم أفضل مادة للتطبيقات التي تتطلب تعزيز المغناطيسية والتشغيل في درجات حرارة عالية.

التحضير والاستخلاص

يبدأ إنتاج الديسبروسيوم باستخراج المعادن الأرضية النادرة:

1. معالجة المعادن: يتم طحن معادن المونازيت والباستناسيت ومعالجتها بالأحماض أو القلويات لفصل العناصر الأرضية النادرة.

2. الاستخلاص بالمذيبات والتبادل الأيوني: يتم فصل الديسبروسيوم عن اللانثانيدات المتبقية عن طريق الاستخلاص الانتقائي بالمذيبات أو راتنجات التبادل الأيوني للحصول على محلول الديسبروسيوم المنقى.

3. تحويل الأكسيد: يتم ترسيب المادة المنقاة وتكلس للحصول على الديسبروسيوم Dy₂O₃، وهو الشكل الأكثر شيوعاً المستخدم في الصناعة.

4. إنتاج المعدن: يُستخدم فلز الليثيوم أو فلز الكالسيوم لاختزال أكسيد الديسبروسيوم في أفران عالية الحرارة لإعطاء فلز الديسبروسيوم النقي.

ونظراً لتفاعلية الديسبروسيوم الكيميائية، يلزم التعامل معه بعناية، وخاصةً عند استخدامه مسحوقاً، حيث أن الديسبروسيوم المسحوق مادة حارقة.

الاستخدامات الصناعية والتكنولوجية

إن الجمع بين خصائص الديسبروسيوم المغناطيسية والحرارية والامتصاصية للنيوترونات يجعله لا غنى عنه في العديد من الصناعات الحديثة:

1. مغناطيسات عالية الأداء

- يعد الديسبروسيوم مادة مخدرة هامة في مغناطيسات النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB)، مما يعزز من الإكراه والاستقرار الحراري.

- توضيح: في السيارات الكهربائية، تسمح نسبة 5-10% من الديسبروسيوم في مغناطيسات NdFeB للمحركات بالحفاظ على الأداء المغناطيسي حتى 180 درجة مئوية مقابل 120 درجة مئوية فقط عند عدم وجود الديسبروسيوم.

- تُستخدم هذه المغناطيسات في محركات السيارات الكهربائية ومولدات توربينات الرياح ومشغلات الفضاء.

2. الليزر والأجهزة البصرية

- تُستخدم المواد المخدرة بالديسبروسيوم في الليزر الليفي وليزر الحالة الصلبة لإصدار الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.

- دراسة حالة: تُستخدم بلورات YAG المخدرة بالديسبروسيوم (YAG) المطعمة بالديسبروسيوم (YAG) في أنظمة الليزر بالأشعة تحت الحمراء للقطع الصناعي والطبي.

3. المفاعلات النووية

- يحتوي الديسبروسيوم على مقطع عرضي كبير لامتصاص النيوترونات، وبالتالي فهو مناسب بشكل مثالي كقضبان تحكم في المفاعلات النووية.

- وهو يساعد في التحكم في التفاعل الانشطاري وتحسين السلامة والكفاءة في مفاعلات الماء المضغوط (PWRs) والمفاعلات السريعة.

4. مقاييس الجرعات الإشعاعية

- يتم الكشف عن الإشعاع المؤين في الاستخدامات الطبية والصناعية والبيئية باستخدام أجهزة استشعار مطعمة بالديسبروسيوم.

- وتستخدم مقاييس جرعات كبريتات الكالسيوم مع تنشيط الديسيوم في المراكز التي يتم فيها إعطاء العلاجات الإشعاعية من أجل ضمان توصيل الجرعة بدقة.

5. السبائك والإلكترونيات الجديدة

- يوفر الديسبروسيوم عند إضافته إلى السبائك المغناطيسية والمغناطيسية المغناطيسية استقراراً ووظيفة في درجات الحرارة المرتفعة.

- ونظرًا لخصائصه المغناطيسية الفريدة، فإنه يستخدم في أجهزة الذاكرة وفي الأجهزة الإلكترونية المغناطيسية.

الأسئلة المتداولة

أين يوجد الديسبروسيوم؟

يوجد في معادن مثل المونازيت والباستناسيت والزينوتيم، بشكل عام مع العناصر الأرضية النادرة الأخرى.

ما هي الخصائص الكيميائية الرئيسية للديسبروسيوم؟

له في المقام الأول حالة أكسدة +3، ويشكل أكاسيد مستقرة، ويتمتع بثبات حراري وكيميائي عالٍ.

كيف يُصنع الديسبروسيوم؟

عن طريق معالجة المعادن، واستخلاص المذيبات، والتبادل الأيوني، واختزال الأكسيد لإنتاج الديسبروسيوم الفلزي.

ما هي تطبيقاته التجارية الرئيسية؟

المغناطيسات عالية الأداء، والليزر، وقضبان التحكم في المفاعلات النووية، ومقاييس الجرعات، والسبائك الخاصة.

هل هناك أي اعتبارات تتعلق بالسلامة؟

نعم، مسحوق الديسبروسيوم تفاعلي ويحتمل أن يكون تفاعليًا ومُحتمل أن يكون حارقًا، ويجب التعامل معه بحذر في البيئات المغلقة.