Erbium
Erbium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Er und der Ordnungszahl 68. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Der Name leitet sich von der Grube Ytterby bei Stockholm ab, wie auch der von Ytterbium, Terbium und Yttrium.
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Erbium, Er, 68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elementkategorie | Lanthanoide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | La, 6, f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | silbrig weiß | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS-Nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| EG-Nummer | 231-160-1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ECHA-InfoCard | 100.028.327 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 2,3 ppm (56. Rang)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 167,259(3)[3] u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 175 (226) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 189 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Xe] 4f12 6s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 6.1077(10) eV[4] ≈ 589.3 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 11.916(20) eV[4] ≈ 1149.7 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 22.70(3) eV[4] ≈ 2190 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 42.42(4) eV[4] ≈ 4090 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5. Ionisierungsenergie | 65.1(4) eV[4] ≈ 6280 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte | 9,045 g/cm3 (25 °C)[6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetismus | paramagnetisch (χm = 0,033)[7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1802 K (1529 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 3173 K[8] (2900 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 18,46 · 10−6 m3·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungsenthalpie | 280 kJ·mol−1[8] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzenthalpie | 19,9 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 1,16 · 106 S·m−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 15 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemisch[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | −2,32 V (Er3+ + 3 e− → Er) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,24 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Geschichte
BearbeitenErbium wurde 1843 von Carl Gustav Mosander entdeckt. Allerdings handelte es sich bei dem vermeintlich reinen Oxid um eine Mischung der Oxide aus Erbium, Scandium, Holmium, Thulium und Ytterbium.
Um die spätere Aufklärung machten sich die Chemiker Marc Delafontaine und Nils Johan Berlin verdient. Reines Erbiumoxid stellten 1905 der französische Chemiker Georges Urbain und der amerikanische Chemiker Charles James her.[10]
Vorkommen
BearbeitenErbium ist ein seltenes Metall (3,5 ppm),[11] das in der Natur nicht in reiner Form, sondern vor allem in dem Mineral Monazit vorkommt.[12]
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenNach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Erbiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Erbiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Erbium reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.
Eigenschaften
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Physikalische Eigenschaften
BearbeitenDas silberweiß glänzende Metall der Seltenen Erden ist schmiedbar, aber auch ziemlich spröde.
Chemische Eigenschaften
BearbeitenIn Luft läuft Erbium grau an, ist dann aber recht beständig. Bei höheren Temperaturen verbrennt es zum Sesquioxid Er2O3. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid. In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.
In seinen Verbindungen liegt es in der Oxidationsstufe +3 vor, die Er3+-Kationen bilden in Wasser rosafarbene Lösungen. Feste Salze sind ebenfalls rosa gefärbt.
Verwendung
BearbeitenErbium-dotierte Lichtwellenleiter werden für optische Verstärker verwendet, die in der Lage sind, ein Lichtsignal zu verstärken, ohne es zuvor in ein elektrisches Signal zu wandeln. Gold als Wirtsmaterial dotiert mit einigen hundert ppm Erbium wird als Sensormaterial magnetischer Kalorimeter zur hochauflösenden Teilchendetektion in der Physik und Technik verwendet.
Erbium wird neben anderen Selten-Erd-Elementen wie Neodym oder Holmium zur Dotierung von Laserkristallen in Festkörperlasern eingesetzt (Er:YAG-Laser, siehe auch Nd:YAG-Laser). Der Er:YAG-Laser wird hauptsächlich in der Humanmedizin eingesetzt. Er hat eine Wellenlänge von 2940 nm und damit eine extrem hohe Absorption im Gewebewasser von ca. 12000 pro cm.
Als reiner Beta-Strahler wird 169Er in der Nuklearmedizin zur Therapie bei der Radiosynoviorthese eingesetzt.[13]
Viele seiner Verbindungen, wie Erbiumchlorid, sind rosa gefärbt und werden deshalb in der Töpferei und Glasbläserei eingesetzt.[12]
Verbindungen
Bearbeiten- Erbium(III)-oxid Er2O3
- Erbium(III)-fluorid ErF3
- Erbium(III)-chlorid ErCl3
- Erbium(III)-bromid ErBr3
- Erbium(III)-iodid ErI3
- Erbium(III)-sulfat Er2(SO4)3 · 8 H2O: rosafarbene Kristalle
- Erbium(III)-nitrat Er(NO3)3 · 5 H2
Weblinks
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- Eintrag zu Erbium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
- ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Erbium) entnommen.
- ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
- ↑ a b c d e Eintrag zu erbium 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.
- ↑ a b c d e Eintrag zu erbium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
- ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ a b Eintrag zu Erbium, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. April 2018. (JavaScript erforderlich)
- ↑ Die Geschichte des Erbiums.
- ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth’s Crust and in the Sea, S. 14-18.
- ↑ a b Gerd Hintermaier-Erhard: Alles ist Chemie! Die chemischen Elemente und wie wir sie nutzen. Dorling Kindersley Verlag, München 2017, ISBN 978-3-8310-3339-3.
- ↑ Deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin - Leitlinie der Radiosynoviorthese.