Vật lý

Một mẫu dysprosi

Dysprosi là kim loại đất hiếm, có ánh màu bạc sáng hay xám bạc kim loại. Nó đủ mềm để cắt bằng dao và có thể được gia công cơ khí không gây đánh lửa nếu tránh không tăng nhiệt quá cao. Các đặc trưng vật lý của dysprosi có thể bị thay đổi mạnh nếu có lẫn dù chỉ một lượng nhỏ tạp chất[1]. Dysprosi dễ dàng bị ôxi hóa và vì thế được sử dụng ở dạng nguyên tố chỉ trong các mục đích nghiên cứu. Chẳng hạn, các nguyên tử Dy riêng lẻ được cô lập bằng cách cấy chúng vào các phân tử fulleren[2].

Dysprosi và holmi có cường độ từ lớn nhất trong số mọi nguyên tố[3], đặc biệt khi ở các nhiệt độ thấp[4]. Dysprosi có trật tự sắt từ đơn giản ở nhiệt độ dưới 85 K. Trên 85 K, nó trở thành trạng thái phản sắt từ xoắn ốc trong đó mọi mômen nguyên tử trong một lớp phẳng cơ sở cụ thể là song song và định hướng ở góc cố định với các mômen của các lớp cận kề. Hiện tượng phản sắt từ bất thường này chuyển thành trạng thái thuận từ (không trật tự) ở 179 K[5].

Hóa học

Dysprosi kim loại bị xỉn chậm trong không khí và cháy thành dysprosi(III) oxit:

4Dy + 3O2 → 2Dy2O3

Dysprosi có độ âm điện vừa phải (1,22) và phản ứng chậm với nước lạnh nhưng rất nhanh với nước nóng để tạo thành dysprosi(III) hydroxit:

2Dy (r) + 6H2O (h) → 2Dy(OH)3 (dd) + 3H2 (k)

Dysprosi kim loại phản ứng mãnh liệt với mọi halogen ở nhiệt độ trên 200 °C:

2Dy (rắn) + 3F2 (khí) → 2DyF3 (rắn) [lục]2Dy (rắn) + 3Cl2 (khí) → 2DyCl3 (rắn) [trắng]2Dy (rắn) + 3Br2 (khí) → 2DyBr3 (rắn) [trắng]2Dy (rắn) + 3I2 (khí) → 2DyI3 (rắn) [lục]

Dysprosi dễ dàng hòa tan trong axit sulfuric loãng để tạo ra các dung dịch chứa các ion Dy(III) màu vàng, tồn tại như là phức hợp [Dy(H2O)9]3+:[6].

2Dy (r) + 3H2SO4 (dd) → 2Dy3+ (dd) + 3SO2−
4 (dd) + 3H2 (k)

Hợp chất

Các halua dysprosi, như DyF3 và DyBr3, có xu hướng có màu vàng. Dysprosi(III) oxit, còn gọi là dysprosia, là chất bột màu trắng có từ tính cao hơn so với các loại sắt oxit.[4]

Dysprosi kết hợp với một loạt các phi kim ở nhiệt độ cao tạo thành các hợp chất hay hỗn hợp các hợp chất theo các tỷ lệ khác nhau của dysprosi trạng thái ôxi hóa +3 và +2, như DyN, DyP, DyH2 và DyH3; DyS, DyS2, Dy2S3 và Dy5S7; DyB2, DyB4, DyB6 và DyB12, cũng như Dy3C và Dy2C3[7].

Dysprosi(III) cacbonat, Dy2(CO3)3 và dysprosi(III) sunfat, Dy2(SO4)3, tạo ra từ các phản ứng tương tự[8]. Phần lớn các hợp chất của dysprosi hòa tan trong nước, nhưng dysprosi(III) cacbonat tetrahydrat (Dy2(CO3)3•4H2O) và dysprosi(III) oxalat decahydrat (Dy2(C2O4)3•10H2O) thì không hòa tan trong nước[9][10].

Đồng vị

Dysprosi nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 7 đồng vị: Dy156, Dy158, Dy160, Dy161, Dy162, Dy163 và Dy164. Chúng được coi là ổn định, mặc dù Dy156 phân rã theo phân rã alpha với chu kỳ bán rã trên 1×1018 năm. Trong số các đồng vị nguồn gốc tự nhiên, Dy164 là phổ biến nhất, chiếm 28%, tiếp theo là Dy162 với 26%. Ít phổ biến hơn cả là Dy156 với 0,06 %[11].

Hai mươi chín đồng vị phóng xạ khác cũng đã được tổng hợp, nằm trong khoảng có nguyên tử lượng từ 138 tới 173. Ổn định nhất trong số này là Dy154 với chu kỳ bán rã khoảng 3×106 năm, tiếp theo là Dy159 (144,4 ngày). Ít ổn định nhất là Dy138 (200 ms). Các đồng vị nhẹ hơn các đồng vị ổn định có xu hướng bị phân rã theo phân rã β+, trong khi các đồng vị nặng hơn các đồng vị ổn định có xu hướng bị phân rã theo phân rã β-, với một vài ngoại lệ. Dy154 phân rã chủ yếu theo phân rã alpha, còn Dy152 và Dy159 chủ yếu phân rã theo bắt điện tử[11]. Dysprosi cũng có ít nhất 11 đồng phân giả ổn định, trong khoảng có khối lượng nguyên tử từ 140 tới 165. Ổn định nhất trong số này là Dy165m, có chu kỳ bán rã 1,257 phút. Dy149 có 2 trạng thái kích thích, trạng thái thứ hai, Dy149m2, có chu kỳ bán rã 28 ns[11].