Erbium

Erbium, Er, Ordnungszahl 68

Allgemeines

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. Erbium (nach Ytterby, einer schwedischen Grube) 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 Berlin verdient. Reines Erbiumoxid stellten 1905 der französische Chemiker Georges Urbain und der amerikanische Chemiker Charles James her.

Erbium ist ein seltenes Metall (3,8 ppm).

Gewinnung

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. Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgen in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Besonderheiten

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.

Verwendung

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. Es kommt zur schlagartigen Verdampfung und damit zur Photoablation von Gewebe in dünnen Schichten. Er eignet sich zur Abtragung einer Vielzahl von gutartigen Hautveränderungen. Eine Biopsie ist zuvor vorgeschrieben, um Malignität auszuschließen. Abladierte Melanome stehen beispielsweise im dringenden Verdacht, durch bei der Ablation abgelöste Zellen über die Blutbahn Metastasen zu bilden.

Ebenso wird er in der Bearbeitung von Hartgeweben wie Knochen, Zahnschmelz und Dentin (gesund und kariös) eingesetzt. Ein weiterer erbiumbasierter Laser ist der Er,Cr:YSGG-Laser, der eine etwas geringere Wellenlänge von 2790 nm besitzt, aber die gleichen medizinischen bzw. zahnmedizinischen Indikationen bedient.

Allgemein
Name, SymbolOrdnungszahl Erbium, Er, 68
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7440-52-0
Massenanteil an der Erdhülle 2,3 ppm
Atomar
Atommasse 167,26 u
Atomradius 175 pm
Kovalenter Radius 189 pm
Elektronenkonf. [Xe] 4f(12) 6s2
1. Ionisierungsenergie 589,3 KJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1150 KJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2194 KJ/mol
4. Ionisierungsenergie
Physikalisch
Aggregatszustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 9,045 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus paramagnetisch (χm = 1,4 · 10−3)
Schmelzpunkt 1802 K (1529 C)
Siedepunkt 3141 K (2868 C)
Molares Volumen 18,46 * 10(-6)m(3)/mol
Verdampfungswärme 285 KJ/mol
Schmelzwärme 19,9 KJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit 1,16*10(6) A/(V*m)
Wärmeleitfähigkeit 15 W/(m*K)
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