Disprosio

El disprosio es un elemento químico cuyo símbolo es Dy y su número atómico es 66. Es un metal de transición de color blanco plata, incluido en el grupo de los lantánidos o tierras raras. Fue identificado por primera vez en 1886 por Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, pero no fue posible obtener una muestra pura hasta la década de 1950, con el método de intercambio iónico. En la naturaleza el disprosio se encuentra formado por 7 isótopos, y no existe en la corteza terrestre en forma aislada sino en compuestos junto con otros lantánidos.

Terbio ← Disprosio → Holmio
 
 
66		 Dy
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
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blanco plateado
Información general
Nombre, símbolo, número Disprosio, Dy, 66
Serie química Lantánidos
Grupo, período, bloque -, 6, f
Masa atómica 162,500(1) u
Configuración electrónica [Xe]6s24f10
Electrones por nivel 2, 8, 18, 28, 8, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 175j pm
Electronegatividad 1,22 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 228 pm (radio de Bohr)
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Base débil
1.ª energía de ionización 573,0 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1130 kJ/mol
3.ª energía de ionización 2200 kJ/mol
4.ª energía de ionización 3990 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (_)
Densidad 8551 kg/m3
Punto de fusión 1680 K (1407 °C)
Punto de ebullición 2840 K (2567 °C)
Entalpía de vaporización 230 kJ/mol
Entalpía de fusión 11,06 kJ/mol
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
Calor específico 170 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 1,08·106 S/m
Conductividad térmica 10,7 W/(K·m)
Velocidad del sonido 2170 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del disprosio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
154DySintético3,0 × 106 aα2,947150Gd
156Dy0,06 %Estable con 90 neutrones
158Dy0,10 %Estable con 92 neutrones
160Dy2,34 %Estable con 94 neutrones
161Dy18,91 %Estable con 95 neutrones
162Dy25,51 %Estable con 96 neutrones
163Dy24,90 %Estable con 97 neutrones
164Dy28,18 %Estable con 98 neutrones
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Características

Propiedades físicas

El disprosio es una tierra rara que presenta brillo metálico plateado. Es tan blando que puede ser cortado con una navaja, y puede ser procesado por máquinas sin emitir chispas, si se evita el sobrecalentamiento. Sus propiedades pueden verse muy afectadas por cantidades muy pequeñas de impurezas.[1]

El disprosio, después del holmio, posee el momento magnético más alto entre todos los elementos,[2] especialmente a bajas temperaturas.[3] Tiene un ordenamiento ferromagnético simple a temperaturas por debajo de los 85 K (−188,2 °C). Sobre dicha temperatura, se torna a un estado antiferromagnético helicoidal el cual todos los momentos atómicos en una capa de plano basal particular están en paralelo, y orientados en un ángulo fijo respecto a los momentos de las capas adyacentes. Este inusual antiferromagnetismo se trasforma en un estado de desorden (paramagnético) a 179 K (−94 °C).[4]

Propiedades químicas

El disprosio se empaña lentamente en el aire y se quema rápidamente para dar óxido de disprosio (III):

4 Dy + 3 O2 → 2 Dy2O3

Es bastante electropositivo y reacciona lentamente con el agua fría y bastante rápido con el agua caliente para formar hidróxido de disprosio (III), con reducción del hidrógeno del agua a hidrógeno molecular:

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

El disprosio metálico reacciona vigorosamente con todos los halógenos sobre los 200 °C:

2 Dy (s) + 3 F2 (g) → 2 DyF3 (s) [verde]
2 Dy (s) + 3 Cl2 (g) → 2 DyCl3 (s) [blanco]
2 Dy (s) + 3 Br2 (g) → 2 DyBr3 (s) [blanco]
2 Dy (s) + 3 I2 (g) → 2 DyI3 (s) [verde]

Además se disuelve rápidamente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen al ión Dy3+ en forma de complejo nonaaquo-disprosio (III), [Dy(OH2)9]3+, de color amarillo pálido:[5]

2 Dy (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Dy3+ (aq) + 3 SO42- (aq) + 3 H2 (g)

El compuesto resultante, sulfato de disprosio (III), es notoriamente paramagnético.

Compuestos
Sulfato de disprosio (III), Dy2(SO4)3

Los haluros de disprosio, como DyF3 y DyBr3, tienden a tomar colores amarillentos. El óxido de disprosio (III), también conocido como disprosia, es un polvo blanco que es altamente magnético, incluso más que el óxido de hierro.[3]

El disprosio se combina con varios no metales a altas temperaturas para formar compuesto binarios, con estados de oxidación +3 y a veces +2, como por ejemplo DyN, DyP, DyH2 y DyH3; DyS, DyS2, Dy2S3 y Dy5S7; DyB2, DyB4, DyB6 y DyB12, así como Dy3C y Dy2C3.[6]

El carbonato de disprosio (III), Dy2(CO3)3, y el sulfato, Dy2(SO4)3, resultan de reacciones similares.[7] Muchos compuestos de disprosio son solubles en agua, aunque el carbonato de disprosio tetrahidratado (Dy2(CO3)3·4H2O) y el oxalato de disprosio decahidratado (Dy2(C2O4)3·10H2O) son ambos insolubles en agua.[8][9]

Isótopos

El disprosio natural está compuesto de 7 isótopos: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy, y 164Dy. Todos ellos se consideran estables, a pesar de que 156Dy decae por desintegración alfa con una vida media de más de 1×1018 años. De los isótopos naturales, 164Dy es el más abundante correspondiendo a un 28 %, seguido por 162Dy con un 26 %. El menos abundante es 156Dy con 0.06 %.[10]

Veintinueve radioisótopos han sido sintetizados, con masas atómicas que varían entre 138 y 173. El más estable de ellos es 154Dy con una vida media de aproximadamente 3×106 años, seguido por 159Dy con una vida media de 144.4 días. El menos estable es 138Dy con una vida media de 200 ms. Los radioisótopos que son más ligeros que los isótopos estables tienden a decaer principalmente por desintegración beta β+, mientras que aquellos que son más pesados tienden a decaer por desintegración β−, con algunas excepciones. 154Dy decae principalmente por desintegración alfa, y 152Dy y 159Dy decaen principalmente por captura electrónica.[10] El disprosio tiene además al menos 11 isómeros metaestables, con masas atómicas entre 140 y 165. El más estable de ellos es 165mDy, el cual tiene una vida media de 1.257 minutos. 149Dy tiene dos isómeros metaestables, de los cuales el segundo, 149m2Dy, tiene una vida media de 28 ns.[10]

Historia

En 1878, se descubrieron minerales de erbio que contenían óxidos de holmio y tulio. En París en 1886 el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, mientras trabajaba con el óxido de holmio, consiguió separar óxido de disprosio a partir de este.[11] Su procedimiento para separar el disprosio se basaba en disolver el óxido de disprosio en ácido, y luego añadir amoníaco para precipitar el hidróxido. Sin embargo sólo lo obtuvo a partir de su óxido después de 30 intentos. Por ello denominó disprosio al nuevo elemento, del griego dysprositos (δυσπρόσιτος), que significa "difícil de obtener". Aun así, el elemento no fue separado en una forma pura hasta después del desarrollo de las técnicas de intercambio de iones desarrolladas por Frank Spedding en la Universidad Estatal de Iowa a comienzos de la década de 1950.[2]

Como anécdota, en 1950, Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso, y Stanley G. Thompson bombardearon 241Am con iones de helio, produciendo átomos con un número atómico 97 y que se parecía mucho a su vecino lantánido terbio. Debido a que terbio fue nombrado así por Ytterby, la ciudad en donde este y varios otros elementos fueron descubiertos, este nuevo elemento fue llamado berkelio por la ciudad en la cual fue sintetizado. Sin embargo, cuando el equipo de investigación descubrió el elemento 98, no pudieron pensar en una buena analogía con el disprosio, y en vez de eso nombraron al elemento californio por el estado en el cual fue sintetizado. El equipo de investigación llegó a señalar que "se nombró así en reconocimiento al hecho de que el disprosio fue nombrado sobre la base de una palabra griega que significa 'difícil de conseguir', así mismo a los buscadores de otro elemento hace un siglo atrás (el oro) les fue difícil conseguir ir a California."[12]

Aplicaciones

El disprosio se usa, en conjunción con vanadio y otros elementos, como componente de materiales para láseres; su alta sección eficaz de absorción de neutrones térmicos y su alto punto de fusión también sugieren su utilidad para barras de control nuclear. Un óxido mixto de disprosio y níquel forma materiales que absorben los neutrones y no se contraen ni dilatan bajo bombardeo de neutrones prolongado, y que se usan para barras de control en reactores nucleares. Algunos calcogenuros de disprosio y cadmio son fuentes de radiación infrarroja para el estudio de reacciones químicas. El disprosio también se usa en la fabricación de discos compactos.

Referencias
  1. Lide, David R., ed. (2007–2008). «Dysprosium». CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. Nueva York: CRC Press. p. 11. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  2. Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 129-132. ISBN 0-19-850341-5.
  3. Krebs, Robert E. (1998). «Dysprosium». The History and Use of our Earth's Chemical Elements. Greenwood Press. pp. 234–235. ISBN 0-313-30123-9.
  4. Jackson, Mike (2000). «Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths» (PDF). IRM Quarterly (Institute for Rock Magnetism) 10 (3): 6. Archivado desde el original el 12 de julio de 2017. Consultado el 1 de septiembre de 2013.
  5. «Chemical reactions of Dysprosium». Webelements. Consultado el 16 de agosto de 2012.
  6. Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. pp. 289-290. ISBN 0-07-049439-8. Consultado el 6 de junio de 2009.
  7. Heiserman, David L. (1992). Exploring Chemical Elements and their Compounds. TAB Books. pp. 236–238. ISBN 0-8306-3018-X.
  8. Perry, D. L. (1995). Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press. pp. 152-154. ISBN 0-8493-8671-3.
  9. Jantsch, G.; Ohl, A. (1911). «Zur Kenntnis der Verbindungen des Dysprosiums». Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 44 (2): 1274-1280. doi:10.1002/cber.19110440215.
  10. Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (2003). «Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties». Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3-128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  11. Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (1886). «L'holmine (ou terre X de M Soret) contient au moins deux radicaux métallique (Holminia contains at least two metal)». Comptes Rendus (en francés) 143: 1003-1006.
  12. Weeks, M. E. (1968). Discovery of the Elements (7 edición). Journal of Chemical Education. pp. 848-849. ISBN 0-8486-8579-2. OCLC 23991202.

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