Erbium – Wikipedia

Eigenschaften
[Xe] 4f12 6s2 68Er Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Erbium, Er, 68
Elementkategorie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-52-0
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
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 162Er 0,14 % Stabil 163Er {syn.} 75 min ε 1,210 163Ho 164Er 1,61 % Stabil 165Er {syn.} 10,36 h ε 0,376 165Ho 166Er 33,6 % Stabil 167Er 22,95 % Stabil 168Er 26,8 % Stabil 169Er {syn.} 9,40 d β− 0,351 169Tm 170Er 14,9 % Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ in rad·T−1·s−1 Er (1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 167Er +7/2 7,715 · 106 2,88
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[9] Pulver Achtung H- und P-Sätze H: 228 P: 210[9]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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.

Die Entdeckung des Erbium begann 1843, als Carl Gustav Mosander Yttrium mittels fraktionierter Kristallisation genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den Namen Yttrium, einen gelben nannte er Erbium, einen pinkfarbenen Terbium. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen der Grube Ytterby, der Typlokalität von Gadolinit, dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.^[10] 1860 wiederholte Nils Johan Berlin diese Experimente, fand jedoch nur einen pinkfarbenen Niederschlag, der er -abweichend von Mosander- Erbium nannte und bestritt die Existenz des Terbiums. In weiteren Untersuchungen von Gadolinit und Samarskit durch Marc Delafontaine konnte die Existenz des Terbiums schließlich bestätigt werden, jedoch blieb es bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.^[11][12]

1878 untersuchten Marc Delafontaine und Per Teodor Cleve unabhängig voneinander Erbiumsalzlösungen spektroskopisch und entdeckten, dass es sich nicht um ein Element, sondern um eine weitere Mischung von Elementen handelt. Diese wurden neben Erbium Thulium und Holmium genannt. Aus dem Holmium wurde 1886 von Paul Émile Lecoq de Boisbaudran das Dysprosium isoliert.^[13] Auch das Ytterbium wurde 1878 bei Untersuchungen von Erbiumoxid durch Jean Charles Galissard de Marignac entdeckt.^[14]

Annähernd reines Erbium(III)-oxid wurde 1905 unabhängig voneinander durch Georges Urbain und Charles James dargestellt.^[15] Metallisches Erbium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Erbium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.^[16]

Erbium ist ein seltenes Metall (3,5 ppm),^[17] das in der Natur nicht in reiner Form, sondern vor allem in dem Mineral Monazit vorkommt.^[18]

Nach 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.

Das silberweiß glänzende Metall der Seltenen Erden ist schmiedbar, aber auch ziemlich spröde.

In 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.

Erbium-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.^[19]

Viele seiner Verbindungen, wie Erbiumchlorid, sind rosa gefärbt und werden deshalb in der Töpferei und Glasbläserei eingesetzt.^[18]

• 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 H₂O

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Wiktionary: Erbium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag zu Erbium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Erbium) entnommen.
3. ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
4. ↑ ^{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.
5. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu erbium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
6. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
7. ↑ 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.
8. ↑ ^{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.
9. ↑ ^{a b} Eintrag zu Erbium, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 2. April 2018. (JavaScript erforderlich)
10. ↑ C. G. Mosander: XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In: The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 doi:10.1080/14786444308644728.
11. ↑ Paweł Miśkowiec: Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In: Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 doi:10.1007/s10698-022-09451-w.
12. ↑ Claude Piguet: Extricating erbium. In: Nature Chemistry. 2014, Band 6, Nummer 4, S. 370 doi:10.1038/nchem.1908.
13. ↑ Otto Holmberg: Beiträge zur Kenntnis des Holmiums. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1911, Band 71, Nummer 1, S. 226–235 doi:10.1002/zaac.19110710120.
14. ↑ Jean Charles Galissard de Marignac: Sur l’ytterbine, terre nouvelle, contenu dans la gadolinite. In: Comptes Rendus. 87, 1878, S. 578–581 (Digitalisat auf Gallica).
15. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-11.
16. ↑ W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115.
17. ↑ 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.
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. 
19. ↑ Deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin - Leitlinie der Radiosynoviorthese.