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エルビウム(Erbium, Er)は、記号 Er と原子番号 68 の化学元素です。人工的に分離された銀白色の固体金属である天然のエルビウムは、他の元素との化学的結合で常に発見されます。これは希土類元素であるランタニドであり、元素名の由来であるスウェーデンのイッテルビーのガドリナイト鉱山で最初に発見されました。

エルビウム(Erbium, Er)の主な用途には、特定のレーザーアプリケーションで特に有用な蛍光特性を持つピンク色の Er3+ イオンが含まれます。エルビウムをドープしたガラスまたは結晶を光増幅媒体として使用できます。この場合、Er3+ イオンは約 980 または 1480 nm で光学的にポンピングされ、誘導放出で 1530 nm の光を放射します。このプロセスにより、光ファイバーによって伝送される機械的に単純なレーザー光増幅器が生産できます。 1550 nm の波長は、光通信にとって特に重要です。これは、標準のシングルモード光ファイバーがこの特定の波長で損失を最小限に抑えるためです。

光ファイバー増幅器レーザーに加えて、多種多様な医療用途 (皮膚科、歯科など) は、別の波長で照射された場合のエルビウムイオンの 2940 nm 発光 (Er:YAG レーザーを参照) に依存しており、組織内の水に高度に吸収されます。このようなレーザーエネルギーの浅い組織への蓄積は、レーザー手術や、一般的な種類の歯科用レーザーによるエナメル質のアブレーションを生成する蒸気の効率的な生成に役立ちます。

エルビウム(Erbium, Er)素材の応用

特徴

エルビウム(Erbium, Er)は、自然紫外線からの Er+3 のピンク色の蛍光を示しています。三価の元素である純粋なエルビウム金属は可鍛性があります。また、柔らかくても空気中で安定しており、他の希土類金属ほど早く酸化しません。その塩はバラ色で、この元素は可視光、紫外、近赤外に特徴的な鋭い吸収スペクトルバンドを持っています。それ以外は、他のレアアースとよく似ています。その三二酸化物はエルビアと呼ばれます。エルビウムの特性は、存在する不純物の種類と量によって決まります。

エルビウム(Erbium, Er)は、エルビウム原子間の距離が 0.35 nm のプロペラ型の原子クラスター Er3N を形成できます。これらのクラスターは、透過型電子顕微鏡で確認されるように、フラーレン分子にカプセル化することで分離できます。

歴史

エルビウム (スウェーデンのイッテルビーの村) は、1843 年にカールグスタフモザンダーによって発見されました。彼は、サンプルに純粋なイットリアに加えて、少なくとも 2 つの金属酸化物が含まれていることを発見し、ガドリナイトが発見されたイッテルビーの村にちなんで「エルビア」と「テルビア」と名付けました。「イットリア」にはイットリウム、エルビウム、テルビウムが含まれているだけではありません。その後、化学者、地質学者、分光学者は、イッテルビウム、スカンジウム、ツリウム、ホルミウム、ガドリニウムの 5 つの追加元素を発見しました。

しかし、エルビアとテルビアはこの時点で混同されていました。ある分光学者が、分光中に誤って 2 つの元素の名前を入れ替えてしまいました。 1860年以降、テルビアはエルビアに改名され、1877年以降、エルビアとして知られていたものはテルビアに改名されました。かなり純粋な Er2O3 は、1905 年に Georges Urbain と Charles James によって独立して分離されました。適度に純粋なエルビウム金属は、1934 年にヴィルヘルムクレムとハインリッヒボマーがカリウム蒸気で無水塩化物を還元するまで製造されませんでした。中国由来のエルビウム酸化物の価格が十分に低くなり、エルビウムがアートガラスの着色剤として使用できるようになったのは 1990 年代になってからのことです。

発生

モナザイト砂

地殻中のエルビウムの濃度は約 2.8 mg/kg で、海水中は 0.9 ng/L です。エルビウムは地殻で 44 番目に豊富な元素で、約 3.0 ～ 3.8 ppm です。

他の希土類と同様に、この元素は自然界で遊離元素として発見されることはなく、モナザイト砂鉱石に結合していることが判明しています。歴史的に、鉱石中の希土類を互いに分離することは非常に困難で費用がかかりましたが、20 世紀後半に開発されたイオン交換クロマトグラフィー法は、すべての希土類金属とその化合物の生産コストを大幅に引き下げました。

エルビウム(Erbium, Er)の主な商業的供給源は鉱物のゼノタイムとユークセナイトであり、最近では中国南部のイオン吸着粘土です。その結果、中国は現在、この元素の主要な世界的供給者となっています。これらの精鉱の高イットリウムバージョンでは、イットリウムは重量全体の約 3 分の 2 であり、エルビアは約 4 ～ 5% です。濃縮物が酸に溶解すると、エルビアは十分な量のエルビウムイオンを放出し、溶液に独特で特徴的なピンク色を与えます。

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