Els empèdocles moderns – Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1886) i l’element 66 (Dy) – disprosi (nilhexhexi, Nhh)

En aquesta sèrie, cada setmana, examinem “una” descoberta científica, la d’un element químic. En la majoria de casos, resulta certament forçat atribuir a un element un “moment” concret de descoberta, o fins i tot un “descobridor” concret. Però cal fer-ho, per exemple a efectes de nomenclatura, ja que el Comitè Conjunt de la IUPAC/IUPAP fa recomanacions a partir de les comunicacions de prioritat en la descoberta de nous elements químics. Històricament, bo i amb excepcions, hom ha procurat fer servir el mateix criteri. Certament, poden esdevindre’s situacions de “descobertes independents”, o de reports que dubtosament es poden considerar com a “descobertes plenes”. Ara bé, la insistència en l’acte de “descoberta”, pot produir una imatge inadequada, i així s’explica el cas d’aquells regidors barcelonins que, de visita al Laboratori Microbiològic Municipal, demanaven a Ramon Turró (director entre el 1905 i el 1926), “què hem descobert avui?”. De la descoberta a la publicació, és clar, hi ha un procés, primer intern i després basat en els editors i revisors externs. Però això ens pot fer pensar que hi ha una identificació entre la “descoberta” i el “paper”. I així ho veiem en els reports que a la premsa general (i àdhuc especialitzada) es fan de modestes monografies com si fossin la “descoberta del segle”. En aquestes mateixes pàgines hem vist com la segona meitat de la dècada dels anys 1870 fou marcada per una inflació de descobertes de metalls de terres rares (“samari, iterbi, filipi, decipi, holmi, tuli, monsandri, escandi, norvegi, vesbi, urali, etc.”), dels quals tan sols un grapat (samari, iterbi, holmi, tuli, escandi) seria eventualment confirmat. La descoberta científica cal veure-la en el marc d’una recerca metòdica. Ara bé, potser la meitat de les descobertes científiques no es fan en el marc d’un programa pre-establert, sinó que són el resultat d’accident. En el 1754, Horace Walpole, fent referència als “Tres Prínceps de Serendip”, una rondalla persa, va fer servir el mot “serendipitat” per a aquesta mena de descobertes. Ara bé, les troballes dels mateixos prínceps, per bé que casuals, eren possibles per la llur sagacitat i per la bona preparació que havien rebut en les arts i les ciències. Louis Pasteur, en el 1854, després d’haver protagonitzat diverses serendipitats en l’àmbit de la química i de la tecnologia dels aliments, va sentenciar que “dans les champs de l’observation, le hasard ne favorise que les esprits préparés”. El mètode científic parteix de les observacions, però els estudis purament observacionals són insuficients. Hom cerca el “mecanisme” que hi ha al darrera de les observacions, les causes materials, formals i eficients. En aquest procés es formulen hipòtesis, i per a comprovar-les es fan experimentacions. Es desenvolupen teories, que s’hauran de foguejar amb noves observacions, experimentacions i simulacions. El terreny és ple de dificultats, i nosaltres arribem així al nombre 66 de la nostra sèrie.

El bany d’Arquimedes de Siracusa, segons un gravat del segle XVI, ben a punt d’experimentar allò que el farà pronunciar el seu mot famós: “εὕρηκα!”. Eureka (“he trobat”), la primera persona singular del perfecte d’indicatiu de la veu activa del verb “εὑρίσκω”, “trobo”. Segons ens explica Marcus Vitruvius Polio a “De Architectura”, el rei Hieró (II) de Siracusa havia encarregat Arquimedes de comprovar la genuïnitat d’una corona d’or abans de lliurar-la com a vot als déus. Sense saber com determinar si la corona d’or no era un aliatge d’or i d’argent sense fer-la fondre, Arquimedes va decidir fer un bany. En submergir-se, “trobà” que el volum d’aigua desplaçada havia d’ésser igual al volum del seu cos. En conseqüència, aquest mètode el podia fer servir per conèixer el volum de la corona i, valorant-ne el pes, la densitat li diria el grau de puresa d’or. Arquimedes, home de ciència, celebrà sobretot el principi general i així sortiria corrents nu pels carrers de Siracusa cridant “eureka!”. Hom denominà “heurística” qualsevol tècnica adreçada a resoldre un problema de manera, encara que no sigui òptima o perfecta, sí que sigui suficient per a uns objectius immediats.

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran i la descoberta del disprosi

François (Paul-Émile) Lecoq de Boisbaudran

En la taula periòdica dels elements de Mendeleev del 1869, hi apareixen un total de 63 elements, sense comptar els elements hipotètics addicionals. Aquest nombre certament elevat animava els esforços per demostrar que aquests “elements químics” no eren essencialment cossos simples, sinó que devia haver unes partícules “subatòmiques” fonamentals. La determinació de pesos atòmics, que mostrava que no tots els elements químics presentaven pesos que fossin múltiples exactes del pes atòmic de l’hidrogen, desencoratjava les hipòtesis més dretureres. Per acabar-ho d’adobar, durant els anys 1870, l’aplicació de les tècniques espectroscòpiques va elevar més encara la xifra d’elements químics, fonamentalment de metalls de terres rares.

Lecoq de Boisbaudran havia rebut, en el 1879, la medalla Davy “per la descoberta del gal•li”, un element químic ja hipotetitzat en la taula periòdica de Mendeleev. En la descoberta del gal•li i d’altres elements per part de Lecoq, hem de distingir dues fases. La primera parteix de la detecció de línies espectrals que no es poden atribuir a elements químics coneguts. La segona consisteix en l’aïllament efectiu, en la major puresa possible, del material responsable d’aquestes línies.

En el 1886, en el seu laboratori personal de París, Lecoq analitzava espectroscòpicament una mostra d’òxid d’holmi (hòlmia, terra rara descrita per Per Teodor Cleve en el 1879). L’anàlisi li feia pensar en l’existència d’algunes impureses no atribuïbles a cap dels elements químics descrits. Lecoq tenia present que “l’holmina” de Cleve era el mateix material que Jacques-Louis Soret havia designat com a “terra X”, i era parcialment identificable amb la “philippine” postulada per Marc Delafontaine. La “terra X” de Soret era caracteritzada per les següents línies espectrals:
– 804 nm: ben forta.
– 753 nm: feble.
– 640,4 nm: força característica.
– 536,3 nm: força característica.
– 485,5 nm.
– 474,5 nm: força feble i nebulosa.
– 453-449 nm.
– 430 nm: dubtosa.
– 414,5 nm.
– 389-387 nm.

Lecoq emprengué un penós procés de fraccionaments. A la solució àcida d’òxid d’holmi, hi afegia quantitats variables d’amoníac i de sulfat de potassi. Després de centenars de rondes de fraccionament, Lecoq comprovà com distingia dues tipologies de fraccions:
– en les primeres, les línies de 753 nm i de 451,5 nm eren ben fortes, alhora que hi mancaven completament les línies de 640,4 i 536,3 nm.
– en les segons, les línies de 753 nm i 451,5 nm eren força més febles, però es veien nítidament les de 640,4 nm i de 536,3 nm.

Lecoq deduïa que l’hòlmia no era pas una terra (=òxid) homogènia, i que darrera hi havia d’haver, si més no, dos radicals (=elements).

En el report publicat a Comptes Rendus, d’abril del 1886, Lecoq proposa conservar el nom d’holmi (Ho) per a l’element responsable de les bandes de 640,4 nm i de 536,3 nm. Alhora, les bandes 753 nm i 451,5 calia atribuir-les a un altre element, per al qual proposava el nom de disprosi (dysprosium) i el símbol químic Dy. El mot grec δυσπρόσιτος assenyala la dificultat d’accés d’aquest element, que havia requerit un complex procés de fraccionament.

Lecoq era conscient que cabia encara la possibilitat que les bandes de 753 nm i de 451,5 nm corresponguessin a dos elements diferents. Estudis ulteriors, però, mostraren que darrera de la nova definició de l’holmi i la definició del disprosi, ja no hi havia cap més element de terra rara per descobrir.

Els estudis de precipitació fraccional per sulfat de potassi i alcohol, permetien Lecoq de determinar una escala: la primera en precipitar era la tèrbia, seguida de la dispròsia i, successivament, de l’hòlmia i de l’èrbia. Tot i amb tot, les tècniques de separació, no feien possible obtindre òxid de disprosi de gran puresa (calia comptar amb impureses de tèrbia i d’altres terres rares). En tot cas, les preparacions, però, eren suficients per fer una estimació d’algunes propietats del disprosi.

Lecoq va poder identificar amb el disprosi l’element Zα que ell mateix havia hipotetitzat en l’anàlisi d’altres terres rares.

La posició d’un nombre tan elevat d’elements de terres rares en la taula periòdica d’elements havia capficat el mateix Dmitri Mendeleev. Se’n proposaren diverses solucions, però va caldre esperar a la noció del “nombre atòmic” (diferenciat del “pes atòmic”) per fer-se’n una idea més satisfactòria. La identificació del nombre atòmic amb el nombre de protons i d’electrons de cada àtom ajudà a postular un sistema de blocs. Els elements de terres rares, o lantànids, formaren un bloc a banda (eventualment conegut com a bloc f). Si en aquest bloc, els lantànids ocupaven el sisè període, per sota, en el setè període, hi hauria els actínids. Per sota del lantani, l’actini. Per sota del ceri, el tori. Per sota del praseodimi, el protactini. Per sota del neodimi, l’urani. Per sota del prometi, el neptuni. Per sota del samari, el plutoni.

En el marc del Projecte Manhattan (1944), Glenn T. Seaborg et al. engrandiren la llista d’actínids. Eren elements sintètics, desconeguts a la natura, que es podien obtindre a través del bombardeig de neutrons. L’element 95, situat en la taula periòdica sota l’europi, fou denominat americi: continent per continent. L’element 96, situat en la taula periòdica sota el gadolini, fou denominat curi: científic per científic. L’element 97, situat en la taula periòdica sota el terbi, fou denominat berqueli: localitat per localitat. Però, ¿què fer amb l’element 98, situat sota el disprosi? Aquest element fou obtingut en el 1950, i els descobridors optaren per batejar-lo amb el nom de “californi”. Com que el disprosi fou denominat així a partir d’un mot grec que significa difícil d’aconseguir, i recordant com els recercadors d’or tingueren dificultats per arribar a la llavors remota Califòrnia, hom respectava el vincle conceptual entre el lantànid i l’actínid. Val a dir, però, aquesta relació, ja massa forçada, no seria respectada en els actínids ulteriors.

En els anys 1950, les tècniques de bescanvi iònic de Frank Spedding permeteren l’obtenció de fraccions considerablement més pures d’òxid de disprosi i, en conseqüència també, de disprosi metàl•lic.

El disprosi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del disprosi és de 162,500 uma, que resulta de la mitjana ponderada del seus isòtops naturals (164Dy, 162Dy, 163Dy, 161Dy, 160Dy, 158Dy, 156Dy). Un llistat complet dels isòtops faria:
– disprosi-138 (138Dy; 137,96249 uma). Nucli format per 66 protons i 72 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,2 s.
– disprosi-139 (139Dy; 138,95954 uma). Nucli format per 66 protons i 73 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,6 s.
– disprosi-140 (140Dy; 139,95401 uma). Nucli format per 66 protons i 74 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,7 s. Decau a terbi-140, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (140mDy) a 2166,1 keV, que té una semivida de 7•10-6 s.
– disprosi-141 (141Dy; 140,95135 uma). Nucli format per 66 protons i 75 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,9 s. Decau normalment a terbi-141 (amb emissió d’un positró) i, més rarament, a gadolini-140 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– disprosi-142 (142Dy; 141,94637 uma). Nucli format per 66 protons i 76 neutrons. Decau normalment (99,94%) a terbi-142 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,06%), a gadolini-141 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– disprosi-143 (143Dy; 142,94383 uma). Nucli format per 66 protons i 77 neutrons. Decau normalment a terbi-143 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a gadolini-142 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (143mDy) a 310,7 keV, que té una semivida de 3 s.
– disprosi-144 (144Dy; 143,93925 uma). Nucli format per 66 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,1 s. Decau normalment a terbi-144 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a gadolini-143 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– disprosi-145 (145Dy; 144,93743 uma). Nucli format per 66 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,5 s. Decau normalment a terbi-145 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a gadolini-144 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (145mDy) a 118,2 keV, que té una semivida de 14,1 s, i que decau a terbi-145.
– disprosi-146 (146Dy; 145,932845 uma). Nucli format per 66 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 33,2 s. Decau a terbi-146, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (146mDy) a 2935,7 keV, que té una semivida de 0,15 s, i que decau a l’estat basal.
– disprosi-147 (147Dy; 146,931092 uma). Nucli format per 66 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40 s. Decau normalment (99,95%) a terbi-147 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,05%), a terbi-146 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix dos estats metastables, un a 750,5 keV (147m1Dy; que té una semivida de 55 s, i que decau bé a l’estat basal (35%) o bé directament (65%) a terbi-147) i un altre a 3407,2 keV (147m2Dy; que té una semivida de 4•10-7 s).
– disprosi-148 (148Dy; 147,927150 uma). Nucli format per 66 protons i 82 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 200 s (3 minuts). Decau a terbi-148, amb emissió d’un positró.
– disprosi-149 (149Dy; 148,927305 uma). Nucli format per 66 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 252 s (4 minuts). Decau a terbi-149 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (149mDy) a 2661,1 keV, que té una semivida de 0,49 s, i que decau bé a l’estat basal (99,3%) o directament a terbi-149 (0,7%).
– disprosi-150 (150Dy; 149,925585 uma). Nucli format per 66 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 430 s (7 minuts). Decau majoritàriament (64%) a terbi-150 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (36%), a gadolini-146 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– disprosi-151 (151Dy; 150,926185 uma). Nucli format per 66 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1070 s (18 minuts). Decau majoritàriament (94,4%) a terbi-151 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (5,6%), a gadolini-147 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– disprosi-152 (152Dy; 151,924718 uma). Nucli format per 66 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8570 s (2 hores). Decau normalment (99,9%) a terbi-152 (per captura electrònica) o, alternativament (0,1%), a gadolini-148 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– disprosi-153 (153Dy; 152,925765 uma). Nucli format per 66 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,3•104 s (6 hores). Decau normalment (99,99%) a terbi-152 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,00939%), a gadolini-149 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– disprosi-154 (154Dy; 153,924424 uma). Nucli format per 66 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9•1013 s (3 milions d’anys). Decau normalment a gadolini-150 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, més rarament, a gadolini-154 (amb emissió de dos positrons).
– disprosi-155 (155Dy; 154,925754 uma). Nucli format per 66 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,6•104 s (10 hores). Decau a terbi-155, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (155mDy) a 234,33 keV, que té una semivida de 6•10-6 s.
– disprosi-156 (156Dy; 155,924283 uma). Nucli format per 66 protons i 90 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-152 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o bé a gadolini-156 (amb emissió de dos positrons). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga, de 3•1025 s (vuit ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 0,056%.
– disprosi-157 (157Dy; 156,925466 uma). Nucli format per 66 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,93•104 s (8 hores). Decau a terbi-157, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 161,99 keV (157m1Dy; que té una semivida de 1,3•10-6 s) i un altre a 199,38 keV (157m2Dy; que té una semivida de 0,0216 s, i que decau a l’estat basal).
– disprosi-158 (158Dy; 157,924409 uma). Nucli format per 66 protons i 92 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-154 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o bé a gadolini-158 (amb emissió de dos positrons). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 0,095%.
– disprosi-159 (159Dy; 158,9257392 uma). Nucli format per 66 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,248•107 s (144 dies). Decau a terbi-159, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (159mDy) a 352,77 keV, que té una semivida de 1,22•10-4 s.
– disprosi-160 (160Dy; 159,9251975 uma). Nucli format per 66 protons i 94 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-156 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 2,329%.
– disprosi-161 (161Dy; 160,9269334 uma). Nucli format per 66 protons i 95 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-157 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 18,889%.
– disprosi-162 (162Dy; 161,9267984 uma). Nucli format per 66 protons i 96 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-158 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 25,475%.
– disprosi-163 (163Dy; 162,9287312 uma). Nucli format per 66 protons i 97 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 24,896%. En estat de plena ionització, els cations 163Dy66+ decauen a 163Ho66+ amb emissió d’un electró. Aquesta βdesintegració lligada a estat fou observada per primera vegada per Jung et al. (1992) precisament amb aquest isòtop.
– disprosi-164 (164Dy; 163,9291748 uma). Nucli format per 66 protons i 98 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. La seva freqüència és de 28,260%.
– disprosi-165 (165Dy; 164,9317033 uma). Nucli format per 66 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8402 s (2 hores). Decau a holmi-165, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (165mDy) a 108,160 keV, que té una semivida de 75,42 s i que decau bé a l’estat basal (97,76%) bé directament a holmi-165 (2,24%).
– disprosi-166 (166Dy; 165,9328067 uma). Nucli format per 66 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,94•105 s (3 dies). Decau a holmi-166, amb emissió d’un electró.
– disprosi-167 (167Dy; 166,93566 uma). Nucli format per 66 protons i 101 electrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 370 s (6 minuts). Decau a holmi-167, amb emissió d’un electró.
– disprosi-168 (168Dy; 167,93713 uma). Nucli format per 66 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 520 s (9 minuts). Decau a holmi-168, amb emissió d’un electró.
– disprosi-169 (169Dy; 168,94031 uma). Nucli format per 66 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 39 s. Decau a holmi-169, amb emissió d’un electró.
– disprosi-170 (170Dy; 169,94239 uma). Nucli format per 66 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau a holmi-170, amb emissió d’un electró.
– disprosi-171 (171Dy; 170,94620 uma). Nucli format per 66 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6 s. Decau a holmi-171, amb emissió d’un electró.
– disprosi-172 (172Dy; 171,94876 uma). Nucli format per 66 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3 s. Decau a holmi-172, amb emissió d’un electró.
– disprosi-173 (173Dy; 172,95300 uma). Nucli format per 66 protons i 107 neutrons. Decau a holmi-173, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de disprosi conté 66 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f105s25p66s2. En conseqüència, és un element del període 6 i del bloc f. Se’l considera, doncs, un lantànid (metall de terra rara) i, dins d’aquests, és classificat dins dels lantànids pesants (grup de l’itri). Hom el pot incloure, a més, en el grup f10, l’actínid del qual és, com hem dit abans, el californi. L’estat d’oxidació més habitual és +3, encara que també el podem trobar en +2, +1 i 0. El radi atòmic és de 1,78•10-10 m.

Peça de disprosi metàl•lic. Les característiques físiques del disprosi metàl•lic poden variar notablement segons el nivell i tipus d’impureses presents

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el disprosi elemental es presenta en forma d’un metall de llustre i color argentins, força tou i treballable. La densitat és de 8540 kg•m-3, en l’al•lòtrop (α-Dy) d’estructura hexagonal estretament empacada. A pressió estàndard, és ferromagnètic a temperatures inferiors a 85 K, torna antiferromagnètic a temperatures superiors, per esdevindre paramagnètic més enllà de 179 K. Juntament amb l’holmi, el disprosi és un dels elements químics de major força magnètica.

En condicions estàndards de pressió, el disprosi elemental fon a 1680 K. La densitat del disprosi líquid en el punt de fusió és de 8370 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el disprosi elemental bull a 2840 K.

Serradures de disprosi

Exposat a l’aire, el disprosi elemental s’oxida progressivament (més ràpidament a més alta temperatura) a Dy2O3. Exposat a l’aigua, també a una velocitat dependent de temperatura, dóna lloc a Dy(OH)3. A temperatures superiors a 470 K, reacciona vigorosament amb tots els halògens. És soluble en àcid sulfúric diluït. En solucions aquoses, els cations Dy3+ tenen una coloració groga, i s’hidraten en complexos [Dy(OH2)9]3+.

Òxid de disprosi (III) – Dy2O3

Entre els compostos de disprosi podem citar:
– òxids. La dispròsia (Dy2O3) es presenta com una pols blanca de 7800 kg•m-3, ben poc soluble en aigua i més magnètica que el mateix Fe2O3.
– hidròxids. Dy(OH)3.
– hidrurs: DyH2, DyH3.
– halurs: DyF3 (sòlid groc), DyCl3 (sòlid blanc), DyBr3 (sòlid blanc-groc), DyI3 (sòlid verd).
– nitrur: DyN.
– fosfur: DyP.
– borurs: DyB2, DyB4, DyB6, DyB12.
– carburs: Dy3C, Dy2C3.
– carbonat: Dy2(CO3)3
– sulfurs: DyS, DyS2, Dy2S3, Dy5S7.
– sulfat: Dy2(SO4)3.
– composts organo-dispròsics: oxalat de disprosi (Dy2(C2O4)3•10H2O, insoluble).

L’abundància atòmica del disprosi és condicionada pels processos de nucleosíntesi en supernoves, per les rutes de desintegració de radioisòtops d’elements més pesants i per l’estabilitat dels seus isòtops. Com s’esdevé sovint amb elements de nombre Z parell, el disprosi disposa de diversos isòtops (quasi)estables (uns set, en el seu cas). Això afavoreix l’abundor relatiu, de manera que supera els dos elements que el flanquegen en la taula periòdica, el terbi i l’holmi. Dels elements més lleugers, el disprosi supera, a més, el tecneci, el rodi, l’indi, l’antimoni, el cesi, el praseodimi, el prometi, el samari, l’europi i el gadolini. Dels elements més pesants, el disprosi és superat per l’osmi, l’iridi, el platí, el mercuri i el plom.

En la Terra, l’abundància global de disprosi és de 0,46 ppm en termes de massa (0,074 ppm en termes atòmics). Com correspon a un element litòfil, es troba més concentrat en l’escorça terrestre, on assoleix 6,2 ppm en termes de massa. Se’l troba pràcticament sempre en forma combinada. Particularment, el trobem en forma de carbonats, com ara la tengerita-Dy (Dy2(CO3)3•2-3H2O) o la kozoïta-Dy (Dy2(CO3)3(OH)), que es formen a partir d’un precursor amorf (Dy2(CO3)3•4H2O) organitzat en nanopartícules altament hidratades de 10-20 nm. Entre els minerals que contenen quantitats apreciables de disprosi hi ha el xenotim (YPO4), la fergusonita ((Y,etc)NbO4), la gadolinita ((Ce,La,Nd,Y)2FeBe2Si2O10), la euxenita ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6), la policrasa ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Ti,Nb,Ta)2O6), la blomstrandina ((Y,Ca,Fe,Th)(Ti,Nb)2(O,OH)6), la monazita ((Ce,etc.)PO4) i la bastnäsita ((Ce,etc.)CO3F). Tot sovint, el trobem associat amb l’erbi i l’holmi. En alguns minerals de terres rares, el disprosi és el lantànid pesant més abundant just després de l’itri.

En la hidrosfera, la concentració de disprosi és condicionada negativament per la poca solubilitat dels cations Dy3+. En l’oceà, una concentració típica és de 900 ng•m-3.

En l’atmosfera, la presència de disprosi és transitòria i en forma de traça.

Pel que se sap, el disprosi no és bioelement per cap organisme. La seva presència en la biosfera és negligible.

El disprosi elemental, particularment en pols, és un material de fàcil ignició. En contacte amb l’aigua, a més, produeix gas hidrogen, agreujant la inflamabilitat. Alguns compostos de disprosi, com el DyCl3 són inflamables, però el seu foc és extingible amb aigua; mentre que d’altres no són inflamables (Dy2O3, DyF3). El Dy(NO3)3, fort oxidant, és de fàcil ignició en contacte amb matèria orgànica. Pel que fa a la toxicitat, depèn força de la solubilitat, de manera que les sals més solubles (DyCl3, Dy(NO3)3) són les més tòxiques per via digestiva. Tot i amb tot, caldria una ingesta de 500 g de DyCl3 per arribar a una dosi letal en humans.

Aplicacions del disprosi

La producció mundial de disprosi se situa en unes 100 tones anuals, un 99% produïdes a la Xina. La principal font mineral de disprosi resulta del processament d’argiles d’adsorció iònica, al sud de la Xina. En argiles de la formació de Halls Creek (Austràlia Occidental), se n’obté un concentrat del 7-8%, de manera que el disprosi és el segon lantànid pesant més abundant just després de l’itri (65%). Una altra font rellevant és la sorra de monazita.

El disprosi, essencialment, és un subproducte de l’extracció comercial d’itri. L’isolament del disprosi s’aconsegueix mitjançant tècniques magnètiques o de flotació, seguides d’un procés de bescanvi iònic. El producte final d’aquest procés pot ser DyF3 o DyCl3.

El disprosi metàl•lic d’aconsegueix mitjançant la reducció dels halurs emprant un metall alcalí (calci o liti) en un gresol de tàntal i sota atmosfera d’heli.

Encara que les aplicacions del disprosi són quantitativament limitades, diverses organitzacions l’han qualificat com un element crític. En la primera dècada del segle XX, el preu del disprosi augmenta en un factor de 20. El disprosi metàl•lic 99% té un preu de 470 $/kg, mentre que la dispròsia 99,5% cotitza a 340 $/kg. Que la pràctica totalitat de la producció sigui xinesa, explica en part la preocupació del United States Departament of Energy, que considera el disprosi com l’element individual més crític per a les tecnologies d’energia neta.

En la confecció de làsers i de dispositius comercials d’il•luminació, el disprosi és emprat en combinació amb el vanadi i altres elements. En làmpades de metall-halurs d’alta intensitat, DyI3 i DyBr3 forneixen cations Dy3+ que reemeten llum verda i vermella, contribuint a la llum blanca com a resultat final. Calcogènids (sulfurs, seleniürs, etc.) de disprosi i cadmi són emprats en làmpades d’infraroig.

Làmpada experimental de disprosi de 2000 W

El disprosi metàl•lic és addicionat en algunes formulacions de magnets de neodimi (Nd2Fe14B) per millorar la preservació de les propietats magnètiques a temperatures elevades. Encara que això amplia l’aplicabilitat dels magnets de neodimi, per exemple en automòbils elèctrics, un requeriment de 100 grams de disprosi per automòbil podria ser prohibitiu.

El disprosi és emprat en dosímetres de radiacions ionitzants. En aquest cas, el disprosi és afegit com a dopant en cristalls de CaSO4 o CaF2. Les radiacions ionitzants provoquen l’energització del disprosi, i la luminiscència corresponent pot ésser mesurada eventualment com a indicador de la radiació rebuda en un període de temps.

En alguns reactors nuclears, s’empren vares de control ceràmico-metàl•liques (cermets) fetes de dispròsia-níquel.

Hom ha fet ús de les propietats magnètiques del disprosi i dels seus compostos en dispositius d’emmagatzematge de dades.

En alguns sistemes de refrigeració magnètica, hom fa ús de cristalls paramagnètics de sals de disprosi, com ara el granat de disprosi i gal•li (DGG), el granat de disprosi i alumini (DAG) o el granat de disprosi i ferro (DyIG).

Les nanofibres de compostos de disprosis tenen aplicacions en tecnologia de materials i com a catalitzadors, degut a la seva alta força combinada amb una gran superfície de contacte. Les fibres d’òxid-fluorur de disprosi es poden aconseguir per la reacció en solució aquosa de DyBr3 i NaF (720 K; 45 MPa; 17h), i han rebut interès pel fet de poder resistir estructuralment durant dies en solució aquosa a temperatures de l’ordre 700 K.

Algunes de les aplicacions més destacades del disprosi són bescanviables amb les del terbi. Com vam veure la setmana passada, el terfenol-D, material magnetostrictiu, és un aliatge TbxDy1-xFe2.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: