镝

**鏑 ₆₆Dy**
	鋱 ← 鏑 → 鈥
外觀
	銀白色;
概況
名稱·符號·序數	鏑（Dysprosium）·Dy·66
元素類別	鑭系元素
族·週期·區	不適用·6·f
標準原子質量	162.500
電子排布	[氙] 4f10 6s2; 2, 8, 18, 28, 8, 2
歷史
發現	保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭（1886年）
物理性質
物態	固體
密度	（接近室温）; 8.540 g·cm−3
熔點時液體密度	8.37 g·cm−3
熔點	1680 K，1407 °C，2565 °F
沸點	2840 K，2562 °C，4653 °F
熔化熱	11.06 kJ·mol−1
汽化熱	280 kJ·mol−1
比熱容	27.7 J·mol−1·K−1
原子性質
氧化態	3, 2, 1; （弱鹼性氧化物）
電負性	1.22（鲍林标度）
電離能	第一：573.0 kJ·mol−1; 第二：1130 kJ·mol−1; 第三：2200 kJ·mol−1
原子半徑	178 pm
共價半徑	192±7 pm
雜項
晶體結構	六方密堆積
磁序	300 K時順磁性
電阻率	（室溫）（α型多晶）926 n Ω·m
熱導率	10.7 W·m−1·K−1
膨脹係數	（室溫）（α型多晶）9.9 µm/(m·K)
聲速（細棒）	（20 °C）2710 m·s−1
楊氏模量	（α型）61.4 GPa
剪切模量	（α型）24.7 GPa
體積模量	（α型）40.5 GPa
泊松比	（α型）0.247
維氏硬度	540 MPa
布氏硬度	500 MPa
CAS號	7429-91-6
最穩定同位素

鏑（dī）是一種化學元素，符號為Dy，原子序為66。鏑屬於稀土元素，其外觀具銀色金屬光澤。鏑在大自然中不以單質出現，而是包含在多種礦物之中，例如磷釔礦。自然形成的鏑由7種同位素組成，其中豐度最高的是¹⁶⁴Dy。

1886年保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭首次辨認出鏑元素，但要直到1950年代離子交換技術的發展後，才有純態的鏑金屬被分離出來。由於其熱中子吸收截面很高，所以在核反應爐中被用作控制棒；其磁化率亦很高，所以可用於數據儲存技術上，以及做Terfenol-D材料的成份。可溶鏑鹽具有微毒性，不可溶鏑鹽則無毒。

性質

物理性質

鏑金屬樣本

鏑是一種稀土元素，呈亮銀色金屬光澤。鏑金屬質軟，可以用小刀切割。在沒有過熱的情況下，其加工過程不會產生火花。就算是少量的雜質也會大大改變鏑的物理性質。^[1]

鏑和鈥擁有所有元素中最高的磁強度，^[2]這在低溫狀態下更為顯著。^[3]鏑在85 K（−188.2 °C）以下具有簡單的鐵磁序，但在這一溫度以上會轉變為一種螺旋形反鐵磁狀態，其中特定基面上所有原子的磁矩都互相平行，並相對相鄰平面的磁矩有固定的角度。這種奇特的反鐵磁性在溫度達到179 K（−94 °C）時再轉變為無序順磁態。^[4]

化學性質

鏑金屬在空氣中緩慢氧化並失去光澤，其燃燒反應會產生氧化鏑：

4 Dy + 3 O₂ → 2 Dy₂O₃

鏑的電正性較高，它會在冷水中慢速進行反應，在熱水中快速反應，並產生氫氧化鏑：

2 Dy (s) + 6 H₂O (l) → 2 Dy(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

在200 °C以上，鏑金屬會和所有鹵素反應：

2 Dy (s) + 3 F₂ (g) → 2 DyF₃ (s)（綠色）

2 Dy (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 DyCl₃ (s)（白色）

2 Dy (s) + 3 Br₂ (g) → 2 DyBr₃ (s)（白色）

2 Dy (s) + 3 I₂ (g) → 2 DyI₃ (s)（綠色）

鏑會在稀硫酸中迅速溶解，形成含有鏑(III)離子的黃色溶液。這些離子以[Dy(OH₂)₉]³⁺配合物的形式存在：^[5]

2 Dy (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Dy³⁺ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H₂ (g)

反應的產物硫酸鏑(III)有明顯的順磁性。

化合物

硫酸鏑，Dy₂(SO₄)₃

鏑的鹵化物，如DyF₃和DyBr₃，一般呈黃色。氧化鏑是一種黃色粉末，有強大的磁性，其磁性比氧化鐵還要強。^[3]

鏑在高溫下可以和各種非金屬形成二元化合物，其氧化態可以是+3或+2。這包括DyN、DyP、DyH₂和DyH₃；DyS、DyS₂、Dy₂S₃和Dy₅S₇；DyB₂、DyB₄、DyB₆和DyB₁₂；以及Dy₃C和Dy₂C₃。^[6]

碳酸鏑（Dy₂(CO₃)₃）和硫酸鏑（Dy₂(SO₄)₃）可以經過相似的化學反應製成。^[7]大部份鏑化合物都溶於水，但四水合碳酸鏑（Dy₂(CO₃)₃·4H₂O）和十水合草酸鏑（Dy₂(C₂O₄)₃·10H₂O）都不溶於水。^[8]^[9]

同位素

主条目：鏑的同位素

自然形成的鏑由7種同位素組成：¹⁵⁶Dy、¹⁵⁸Dy和¹⁶⁰Dy至¹⁶⁴Dy，其中¹⁵⁶Dy會進行α衰變，半衰期超過1×10¹⁸年，所以通常和其他6種同歸為穩定同位素。自然同位素中豐度最高的是比例為28%的¹⁶⁴Dy，緊接著的是比例為26%的¹⁶²Dy。豐度最低的是比例為0.06%的¹⁵⁶Dy。^[10]

通過人工合成，科學家共發現了29種放射性同位素，其原子量在138和173之間。最穩定的是¹⁵⁴Dy，其半衰期約為3×10⁶年；接著是半衰期為144.4天的¹⁵⁹Dy。最不穩定的是¹³⁸Dy，其半衰期只有200毫秒。比穩定同位素輕的同位素主要進行β⁺衰變；除個別特例之外，更重的同位素主要進行β⁻衰變。¹⁵⁴Dy主要進行α衰變，¹⁵²Dy和¹⁵⁹Dy則主要進行電子捕獲。^[10]鏑擁有至少11種同核異構體（亞穩態），原子量在140和165之間。最穩定的是^165mDy，其半衰期為1.257分鐘。¹⁴⁹Dy有兩種亞穩態，第二種（^149m2Dy）的半衰期只有28納秒。^[10]

歷史

1878年，科學家發現鉺礦中也含有鈥和銩的氧化物。1886年，法國化學家保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭在巴黎研究氧化鈥時，成功地把氧化鏑從中分離出來。^[11]他把樣本溶於酸中，再加入氨，將鏑以氫氧化物的形態沉澱出來。他在嘗試了30次以後，才成功分離出鏑。他依據希臘文「δυσπρόσιτος」（Dysprositos，意為「難以取得」）把該新元素命名為「Dysprosium」。不過，要直到1950年代美國愛荷華州立大學的弗蘭克·斯佩丁（Frank Spedding）發展了離子交換技術之後，才有純度較高的鏑被分離出來。^[2]

存量

鏑在自然界中不以單質出現，但存在於多種礦物之中，包括磷釔礦、褐釔鈮礦、硅鈹釔礦、黑稀金礦、復稀金礦、鈦鉭鈮鈾礦、獨居石和氟碳鈰礦等。它一般還和鉺和鈥等稀土元素一同出現。目前大部份的鏑都是在中國南部的離子吸附型稀土礦中開採而得。^[12]西澳大利亞州的Halls Creek區域也將開採包括鏑在內的稀土元素。^[13]在釔含量較高的礦物中，鏑是所有重鑭系元素中豐度最高的，佔濃縮物的7至8%（相比釔的65%）。^[14]^[15]地球地殼中的鏑含量約為5.2 mg/kg，在海水中為0.9 ng/L。^[6]

生產

鏑的生產主要來自開採由多種磷酸鹽混合組成的獨居石砂，是釔萃取過程的副產品之一。鏑的分離過程可以使用磁力或浮力方法移除其他金屬雜質，再經離子交換方法分離各種稀土金屬。所產生的鏑離子與氟或氯反應後分別形成氟化鏑（DyF₃）或氯化鏑（DyCl₃），再經鈣或鋰金屬還原：^[7]

3 Ca + 2 DyF₃ → 2 Dy + 3 CaF₂

3 Li + DyCl₃ → Dy + 3 LiCl

反應在鉭製坩堝、氦氣環境中進行。過程中產生的鹵化物和熔融鏑會因比重不同而自然分離。冷卻之後，可用刀把鏑從其他雜質分開。^[7]

全球每年產出大約100噸鏑，^[16]其中99%產自中國。^[17]從2003年至2010年底，鏑的價格從每磅7美元飆升至每磅130美元，升幅近20倍。^[17]根據美國能源部，鏑的現有及潛在用途廣泛，加上缺乏代替品，所以是目前最迫切需要潔淨能源技術的元素。保守估計，鏑在2015年前就會有短缺。^[18]

應用

鏑與釩及其他元素一起，可用於激光材料和商業照明應用上。由於鏑的熱中子吸收截面很高，所以氧化鏑-鎳金屬陶瓷（英语：Cermet）是一種核反應爐控制棒材料。^[2]^[19]鏑-鎘氧族元素化合物是紅外線輻射源，能用於研究化學反應。^[1]鏑及其化合物有很強的磁性，所以在硬盤等數據儲存裝置中都有用到。^[20]

釹-鐵-硼磁鐵中釹部分可以替換為鏑，^[21]以提高矯頑力，从而改善磁铁的耐热性能，用於電動汽車驅動馬達等性能要求較高的應用上。用了這種磁鐵的汽車每輛可含高達100克的鏑。根據豐田汽車每年200萬輛車的預計銷售量，很快就會耗盡全球鏑金屬的供應。^[22]替換成鏑的磁鐵還具有較高的抗腐蝕性。^[23]

鏑、鐵和鋱是Terfenol-D材料的組成元素。Terfenol-D是常溫下磁致伸縮性最強的已知物料。^[24]這種性質可用於換能器、寬頻機械共鳴管^[25]和高精度液態燃料噴射器。^[26]

鏑被用於劑量計（英语：Dosimeter）中，測量致電離輻射量。當摻有鏑的硫化鈣或氟化鈣受輻射照射時，鏑原子會進入激發態並發光。通過測量發光強度可以推算出輻射劑量。^[2]

鏑化合物納米纖維具有高強度、高表面積，所以可以用來加強其他材料或作催化劑。在450巴壓力下對DyBr₃和NaF的水溶液加熱17小時至450 °C，可以製成氟氧化鏑纖維。這種材料在超過400 °C高溫下，可以在各種水溶液中存留超過100小時而不會溶解或集聚。^[27]^[28]^[29]

一些高強度金屬鹵化物燈用到碘化鏑和溴化鏑。這些化合物在燈的中心高溫處分解，釋放出遊離鏑原子。這些原子會發出綠光和紅光。^[2]^[30]

隔熱退磁冰箱用到某些順磁性鏑鹽晶體，包括鏑鎵石榴石（DGG）、鏑鋁石榴石（DAG）和鏑鐵石榴石（DyIG）等。^[31]^[32]

安全

鏑金屬粉末在空氣中如果在火源附近，會有爆炸的危險；其薄片也可以被火花和靜電點燃。鏑所引起的金屬火焰不能用水來澆熄，因為它會和水反應，產生易燃的氫氣。^[33]氯化鏑火焰卻可以用水澆熄，^[34]而氟化鏑和氧化鏑則不易燃。^[35]^[36]硝酸鏑（Dy(NO₃)₃）屬於強氧化劑，在接觸到有機物質時可迅速起火。^[3]

可溶鏑鹽，如氯化鏑和硝酸鏑等，在進食後具微毒性；不可溶鹽則無毒。從老鼠對氯化鏑的毒性反應估算，人類在進食500克以上的鏑可以致命。^[2]

參見

鑭系元素

參考資料

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外部連結

维基共享资源中相关的多媒体资源：镝

於維基詞典中查詢dysprosium。

WebElements.com – Dysprosium
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[36] Dierks, Steve. Dysprosium Oxide. Material Safety Data Sheets. Electronic Space Products International. November 1988 [2008-11-07].

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