डिस्प्रोसियम

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डिस्प्रोसियम (Dysprosium) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Dy और परमाणु क्रमांक 66 है। यह लैंथेनाइड श्रेणी का एक दुर्लभ-मृदा तत्व है जिसमें धात्विक चांदी जैसी चमक होती है। डिस्प्रोसियम प्रकृति में कभी भी मुक्त तत्व के रूप में नहीं पाया जाता है, हालांकि, अन्य लैंथेनाइड्स की तरह, यह विभिन्न खनिजों में पाया जाता है, जैसे कि ज़ेनोटाइम (xenotime)। प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला डिस्प्रोसियम सात आइसोटोप से बना है, जिनमें से सबसे प्रचुर 164Dy है।

डिस्प्रोसियम की पहचान सबसे पहले 1886 में पॉल एमिल लेकॉक डी बोइसबॉड्रान (Paul Émile Lecoq de Boisbaudran) द्वारा की गई थी, लेकिन 1950 के दशक में आयन-विनिमय (ion-exchange) तकनीकों के विकास तक इसे शुद्ध रूप में अलग नहीं किया जा सका था। डिस्प्रोसियम का उपयोग नियोडिमियम-आयरन-बोरोन (NdFeB) चुंबक बनाने के लिए किया जाता है, जो इलेक्ट्रिक वाहन मोटरों और पवन टर्बाइनों के कुशल संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं।[1] इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में नियंत्रण छड़ (control rods) बनाने में इसके उच्च तापीय न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन के कारण, डेटा-भंडारण अनुप्रयोगों में इसकी उच्च चुंबकीय संवेदनशीलता (χv ≈ 5.44×10^-3) के लिए, और टेरफेनोल-डी (Terfenol-D) (एक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री) के एक घटक के रूप में किया जाता है। घुलनशील डिस्प्रोसियम लवण हल्के जहरीले होते हैं, जबकि अघुलनशील लवणों को गैर-विषैला माना जाता है।

विशेषताएं

भौतिक गुण

डिस्प्रोसियम का नमूना

डिस्प्रोसियम एक दुर्लभ-मृदा तत्व है और इसमें धात्विक, चमकदार चांदी जैसी चमक होती है। यह नरम है और यदि अधिक गर्म होने से बचा जाए तो इसे बिना चिंगारी के मशीनीकृत किया जा सकता है। डिस्प्रोसियम की भौतिक विशेषताएं अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा से भी बहुत प्रभावित हो सकती हैं।[2]

डिस्प्रोसियम और होल्मियम में तत्वों की उच्चतम चुंबकीय शक्ति होती है,[3] विशेष रूप से कम तापमान पर।[4] डिस्प्रोसियम में इसके 90.5 K के क्यूरी तापमान से नीचे के तापमान पर एक सरल फेरोमैग्नेटिक क्रम होता है, जिस बिंदु पर यह ऑर्थोरोम्बिक क्रिस्टल संरचना से हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड (hcp) में प्रथम-क्रम का चरण संक्रमण (phase transition) करता है। इसके बाद इसमें एक हेलिकल एंटीफेरोमैग्नेटिक अवस्था होती है, जिसमें एक विशेष बेसल प्लेन परत में सभी परमाणु चुंबकीय क्षण समानांतर होते हैं और आसन्न परतों के क्षणों के सापेक्ष एक निश्चित कोण पर उन्मुख होते हैं। यह असामान्य एंटीफेरोमैग्नेटिज्म 179 K पर एक अव्यवस्थित (पैरामैग्नेटिक) अवस्था में बदल जाता है।[5] यह 1654 K पर hcp चरण से बॉडी-सेंटर्ड क्यूबिक चरण में बदल जाता है।

रासायनिक गुण

डिस्प्रोसियम धातु शुष्क हवा में अपनी चमक बनाए रखती है, लेकिन नम हवा में यह धीरे-धीरे धूमिल हो जाती है। यह डिस्प्रोसियम(III) ऑक्साइड बनाने के लिए आसानी से जलती है:

4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3

डिस्प्रोसियम काफी इलेक्ट्रोपॉजिटिव है और डिस्प्रोसियम हाइड्रॉक्साइड बनाने के लिए ठंडे पानी के साथ धीरे-धीरे (और गर्म पानी के साथ जल्दी) प्रतिक्रिया करती है:

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

डिस्प्रोसियम हाइड्रॉक्साइड उच्च तापमान पर विघटित होकर DyO(OH) बनाता है, जो फिर से विघटित होकर डिस्प्रोसियम(III) ऑक्साइड बनाता है।[6]

डिस्प्रोसियम धातु 200 °C से ऊपर सभी हैलोजन के साथ जोरदार प्रतिक्रिया करती है:

2 Dy(s) + 3 F2(g) → 2 DyF3(s) [हरा]
2 Dy(s) + 3 Cl2(g) → 2 DyCl3(s) [सफेद]
2 Dy(s) + 3 Br2(l) → 2 DyBr3(s) [सफेद]
2 Dy(s) + 3 I2(g) → 2 DyI3(s) [हरा]

डिस्प्रोसियम पीले Dy(III) आयनों वाले घोल बनाने के लिए तनु सल्फ्यूरिक एसिड में आसानी से घुल जाता है, जो [Dy(H2O)9]3+ कॉम्प्लेक्स के रूप में मौजूद होते हैं:[7]

2 Dy(s) + 3 H2SO4(aq) → 2 Dy3+(aq) + 3 SO_{4}2-(aq) + 3 H2(g)

परिणामी यौगिक, डिस्प्रोसियम(III) सल्फेट, स्पष्ट रूप से पैरामैग्नेटिक है।

यौगिक

डिस्प्रोसियम सल्फेट, Dy2(SO4)3
यह भी देखें: :Category:Dysprosium compounds

डिस्प्रोसियम हैलाइड्स, जैसे DyF3 और DyBr3, पीले रंग के होते हैं। डिस्प्रोसियम ऑक्साइड, जिसे डिस्प्रोसिया भी कहा जाता है, एक सफेद पाउडर है जो अत्यधिक चुंबकीय है, आयरन ऑक्साइड से भी अधिक।[4]

डिस्प्रोसियम उच्च तापमान पर विभिन्न गैर-धातुओं के साथ मिलकर अलग-अलग संरचना और ऑक्सीकरण अवस्था +3 और कभी-कभी +2 वाले बाइनरी यौगिक बनाता है, जैसे कि DyN, DyP, DyH2 और DyH3; DyS, DyS2, Dy2S3 और Dy5S7; DyB2, DyB4, DyB6 और DyB12, साथ ही Dy3C और Dy2C3।[8]

डिस्प्रोसियम कार्बोनेट, Dy2(CO3)3, और डिस्प्रोसियम सल्फेट, Dy2(SO4)3, समान प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न होते हैं।[9] अधिकांश डिस्प्रोसियम यौगिक पानी में घुलनशील होते हैं, हालांकि डिस्प्रोसियम कार्बोनेट टेट्राहाइड्रेट (Dy2(CO3)3*4H2O) और डिस्प्रोसियम ऑक्सालेट डेकाहाइड्रेट (Dy2(C2O4)3*10H2O) दोनों पानी में अघुलनशील हैं।[10][11] दो सबसे प्रचुर डिस्प्रोसियम कार्बोनेट, Dy2(CO3)3*2\-3H2O (खनिज टेंजेराइट-(Y) के समान), और DyCO3(OH) (खनिज कोज़ोइट-(La) और कोज़ोइट-(Nd) के समान), Dy2(CO3)3*4H2O के सूत्र वाले एक खराब व्यवस्थित (अक्रिस्टलीय) अग्रदूत चरण के माध्यम से बनते हैं। यह अक्रिस्टलीय अग्रदूत 10–20 nm व्यास के अत्यधिक हाइड्रेटेड गोलाकार नैनोकणों से बना होता है जो परिवेशी और उच्च तापमान पर शुष्क उपचार के तहत असाधारण रूप से स्थिर होते हैं।[12]

डिस्प्रोसियम कई इंटरमेटालिक यौगिक बनाता है, जिसमें डिस्प्रोसियम स्टैनाइड्स शामिल हैं।[13]

समस्थानिक

मुख्य लेख: Isotopes of dysprosium

प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला डिस्प्रोसियम सात आइसोटोप से बना है: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy, और 164Dy। ये सभी स्थिर माने जाते हैं, हालांकि केवल अंतिम दो ही सैद्धांतिक रूप से स्थिर हैं: अन्य सैद्धांतिक रूप से अल्फा क्षय (alpha decay) से गुजर सकते हैं। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आइसोटोप में, 164Dy 28% पर सबसे अधिक प्रचुर है, उसके बाद 162Dy 26% पर है; सबसे दुर्लभ 156Dy 0.06% पर है।ref डिस्प्रोसियम सबसे भारी तत्व है जिसके पास ऐसे आइसोटोप हैं जो सैद्धांतिक रूप से स्थिर हैं, न कि केवल अवलोकनात्मक रूप से स्थिर आइसोटोप जिनके रेडियोधर्मी होने का अनुमान है।

उनतीस रेडियोआइसोटोप संश्लेषित किए गए हैं, जिनका परमाणु द्रव्यमान 138 से 173 तक है। इनमें से सबसे स्थिर 154Dy है, जिसकी अर्ध-आयु 1.406 वर्ष है, उसके बाद 159Dy है जिसकी अर्ध-आयु 144.4 दिन है। एक सामान्य नियम के रूप में, स्थिर आइसोटोप से हल्के आइसोटोप मुख्य रूप से β+ क्षय द्वारा क्षय होते हैं, हालांकि 154Dy अल्फा उत्सर्जन द्वारा और 152Dy तथा 159Dy केवल इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होते हैं, जबकि भारी आइसोटोप β− क्षय द्वारा क्षय होते हैं।ref डिस्प्रोसियम में कम से कम 11 मेटास्टेबल आइसोमर्स भी हैं, जिनका परमाणु द्रव्यमान 140 से 165 तक है। इनमें से सबसे स्थिर 165mDy है, जिसकी अर्ध-आयु 1.257 मिनट है।

डिस्प्रोसियम के कई पैरामैग्नेटिक क्रिस्टल लवणों (डिस्प्रोसियम गैलियम गार्नेट, DGG; डिस्प्रोसियम एल्युमीनियम गार्नेट, DAG; डिस्प्रोसियम आयरन गार्नेट, DyIG) का उपयोग एडियाबेटिक विचुंबकन रेफ्रिजरेटर में किया जाता है।[14][15]

त्रिसंयोजक डिस्प्रोसियम आयन (Dy3+) का अध्ययन इसके डाउनशिफ्टिंग ल्यूमिनेसेंस गुणों के कारण किया गया है। विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के पराबैंगनी क्षेत्र में उत्तेजित Dy-डोप्ड yttrium aluminium garnet (Dy:YAG) के परिणामस्वरूप दृश्य क्षेत्र में लंबी तरंग दैर्ध्य के फोटॉन का उत्सर्जन होता है। यह विचार यूवी-पंप वाले सफेद प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) की एक नई पीढ़ी का आधार है।[16]

डिस्प्रोसियम के स्थिर समस्थानिकों को लेजर कूल्ड किया गया है और क्वांटम भौतिकी प्रयोगों के लिए मैग्नेटो-ऑप्टिकल ट्रैप में सीमित किया गया है।[17] एक ओपन शेल लैंथेनाइड की पहली बोस और फर्मी क्वांटम डिजनरेट गैसें डिस्प्रोसियम के साथ बनाई गई थीं।[18][19] चूंकि डिस्प्रोसियम अत्यधिक चुंबकीय है—वास्तव में यह सबसे चुंबकीय फर्मिओनिक तत्व है और सबसे चुंबकीय बोसोनिक परमाणु के लिए लगभग टर्बियम के बराबर है[20]—ऐसी गैसें अत्यधिक द्विध्रुवीय परमाणुओं के साथ क्वांटम सिमुलेशन के लिए आधार के रूप में कार्य करती हैं।[21]

अपने मजबूत चुंबकीय गुणों के कारण, डिस्प्रोसियम मिश्र धातुओं का उपयोग समुद्री उद्योग के साउंड नेविगेशन एंड रेंजिंग (SONAR) सिस्टम में किया जाता है।[22][23] SONAR ट्रांसड्यूसर और रिसीवर के डिजाइन में डिस्प्रोसियम मिश्र धातुओं को शामिल करने से अधिक स्थिर और कुशल चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करके संवेदनशीलता और सटीकता में सुधार हो सकता है।[24]

सावधानियां

कई पाउडर की तरह, डिस्प्रोसियम पाउडर हवा के साथ मिश्रित होने पर और इग्निशन स्रोत मौजूद होने पर विस्फोट का खतरा पैदा कर सकता है। पदार्थ की पतली पन्नी को भी चिंगारी या स्थिर बिजली द्वारा प्रज्वलित किया जा सकता है। डिस्प्रोसियम की आग को पानी से नहीं बुझाया जा सकता है। यह ज्वलनशील हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।[25] डिस्प्रोसियम क्लोराइड की आग को पानी से बुझाया जा सकता है।[26] डिस्प्रोसियम फ्लोराइड और डिस्प्रोसियम ऑक्साइड गैर-ज्वलनशील हैं।[27][28] डिस्प्रोसियम नाइट्रेट, Dy(NO3)3, एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है और कार्बनिक पदार्थों के संपर्क में आने पर आसानी से प्रज्वलित हो जाता है।[4]

घुलनशील डिस्प्रोसियम लवण, जैसे डिस्प्रोसियम क्लोराइड और डिस्प्रोसियम नाइट्रेट, अंतर्ग्रहण (ingestion) पर हल्के जहरीले होते हैं। चूहों के लिए डिस्प्रोसियम क्लोराइड की विषाक्तता के आधार पर, यह अनुमान लगाया गया है कि 500 ग्राम या उससे अधिक का अंतर्ग्रहण एक मानव के लिए घातक हो सकता है (तुलना करें: 100 किलोग्राम के मानव के लिए 300 ग्राम साधारण टेबल सॉल्ट की घातक खुराक)। अघुलनशील लवण गैर-विषाक्त होते हैं।[3]

इन्हें भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Navigating the Dysprosium Market. SFA Oxford.
  2. ↑ (2007–2008). "CRC Handbook of Chemistry and Physics". 4 11. CRC Press. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  3. ↑ 3.0 3.1 Emsley, John. (2001). Nature's Building Blocks. 129–132. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850341-5.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 Krebs, Robert E.. (1998). The History and Use of our Earth's Chemical Elements. 234–235. Greenwood Press. ISBN 978-0-313-30123-0.
  5. ↑ Jackson, Mike. (2000). Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths. IRM Quarterly. 10 (3) 6.
  6. ↑ Junyang Jin, Yaru Ni, Wenjuan Huang, Chunhua Lu, Zhongzi Xu. (March 2013). Controlled synthesis and characterization of large-scale, uniform sheet-shaped dysprosium hydroxide nanosquares by hydrothermal method. Journal of Alloys and Compounds. 553 333–337. doi:10.1016/j.jallcom.2012.11.068.
  7. ↑ Chemical reactions of Dysprosium. Webelements.
  8. ↑ Patnaik, Pradyot. (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. 289–290. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049439-8.
  9. ↑ Heiserman, David L.. (1992). Exploring Chemical Elements and their Compounds. 236–238. TAB Books. ISBN 978-0-8306-3018-9.
  10. ↑ Perry, D. L.. (1995). "Handbook of Inorganic Compounds". 152–154. CRC Press. ISBN 978-0-8493-8671-8.
  11. ↑ (1911). Zur Kenntnis der Verbindungen des Dysprosiums. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 44 (2) 1274–1280. doi:10.1002/cber.19110440215.
  12. ↑ Vallina, B., Rodriguez-Blanco, J.D., Brown, A.P., Blanco, J.A. and Benning, L.G.. (2013). "Amorphous dysprosium carbonate: characterization, stability and crystallization pathways". Journal of Nanoparticle Research. 15 (2) 1438. doi:10.1007/s11051-013-1438-3.
  13. ↑ Okamoto, H.. (2005-04-01). Dy-Sn (Dysprosium-Tin). Journal of Phase Equilibria & Diffusion. 26 (2) 200–202. doi:10.1361/15477030523247.
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  15. ↑ Hepburn, Ian. "Adiabatic Demagnetization Refrigerator: A Practical Point of View". संग्रहीत संस्करण. Cryogenic Physics Group, Mullard Space Science Laboratory, University College London.
  16. ↑ (2017). "YAG:Dy – Based single white light emitting phosphor produced by solution combustion synthesis". Journal of Luminescence. 183 251–258. doi:10.1016/j.jlumin.2016.11.017.
  17. ↑ (2010). "Trapping Ultracold Dysprosium: A Highly Magnetic Gas for Dipolar Physics". Physical Review Letters. 104 (6). doi:10.1103/physrevlett.104.063001.
  18. ↑ (2011). "Strongly Dipolar Bose–Einstein Condensate of Dysprosium". Physical Review Letters. 107 (19). doi:10.1103/physrevlett.107.190401.
  19. ↑ (2012). "Quantum Degenerate Dipolar Fermi Gas". Physical Review Letters. 108 (21). doi:10.1103/physrevlett.108.215301.
  20. ↑ (January 1978). Atomic energy levels - the rare earth elements.. OSTI.GOV.
  21. ↑ (2022). "Dipolar physics: a review of experiments with magnetic quantum gases". Rep. Prog. Phys.. 86 (2) 026401. doi:10.1088/1361-6633/aca814.
  22. ↑ Lowen, Eric. What Are the Lanthanide Series?. Stanford Advanced Materials.
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  24. ↑ Charles Sherman, John Butler. (2007). "Transducers and Arrays for Underwater Sound". 46. Springer New York. ISBN 978-0-387-33139-3.
  25. ↑ Dierks, Steve. (January 2003). Dysprosium. Material Safety Data Sheets.
  26. ↑ Dierks, Steve. (January 1995). Dysprosium Chloride. Material Safety Data Sheets.
  27. ↑ Dierks, Steve. (December 1995). Dysprosium Fluoride. Material Safety Data Sheets.
  28. ↑ Dierks, Steve. (November 1988). Dysprosium Oxide. Material Safety Data Sheets.

बाहरी कड़ियाँ

dysprosium

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Dysprosium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Dysprosium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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