Δυσπρόσιο: ζόρικο αλλά χρήσιμο

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο δυσπρόσιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ξεναγεί και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Το δυσπρόσιο, χωρίς να είναι στην καθημερινή συζήτηση των πολλών, έχει μια πολύ αξιοζήλευτη θέση στην εκτίμηση των ειδικών. Διότι πρόκειται για μέταλλο που, ενώ το 2003 η τιμή του ήταν μόλις 28 δολάρια το κιλό, μέσα στο 2011 η τιμή του ήταν γύρω στις 3.440 δολάρια το κιλό –ακολουθώντας βέβαια την προσφορά και τη ζήτηση αλλά και ως αντανάκλαση της διάδοσης των πιο σύγχρονων τεχνολογιών όπως ήταν η ανάγκη για κινητήρες πιο μεγάλους αλλά και πιο ελαφρείς. Και ποιος τους χρειαζόταν αυτούς; Από τη μια οι κατασκευαστές των τεράστιων ανεμογεννητριών αλλά και οι κινητήρες των υβριδικών αυτοκινήτων (στα αυτοκίνητα μάρκας Toyota χρειάζονται για τους μαγνήτες τους 100 γραμμάρια δυσπρόσιο) και των ηλεκτρικών μοτοποδηλάτων. Εκεί λοιπόν το δυσπρόσιο έκανε ξαφνικά τη μεγάλη είσοδο όταν διαπίστωσαν πως με 1,7%-6% ποσοστό το κράμα των λεγόμενων νεο-μαγνητών, δηλαδή των μαγνητών που φτιάχνονται από τη σκόνη του κράματος νεοδύμιο – σίδηρος – βόριο (Neodymium Irοn – Boron), δεν έχανε τη μαγνήτισή του, ιδιαίτερα στις υψηλές θερμοκρασίες, χάρη στην πρόσμειξη και στη μαγνητική συνοχή ακριβώς του στοιχείου που λέγεται δυσπρόσιο και το οποίο ως λέξη κάτι θυμίζει στον έλληνα αναγνώστη.

Η Χημεία είναι μια επιστήμη που θα έπρεπε να διδάσκεται στη μέση εκπαίδευση όχι μόνο θεωρητικά, στον πίνακα, με τη βοήθεια των συμβόλων και των αντιδράσεων –ό,τι πρέπει, δηλαδή, για να δημιουργήσει απέχθεια στους περισσότερους μαθητές -, αλλά με τη βοήθεια παραδειγμάτων από την καθημερινή ζωή και από την ίδια την ιστορία της. Διότι εκεί, σε κάποιες στιγμές της ιστορίας της, έχουν αποκρυσταλλωθεί εξαιρετικές στιγμές της ανθρώπινης διορατικότητας, με πρώτο και καλύτερο παράδειγμα αυτό του Μεντελέγεφ που μας έδωσε τον πρώτο πίνακα στοιχείων, αλλά και της σπάνιας επιμονής του είδους μας. Αυτή η δεύτερη αρετή έχει αποτυπωθεί και στο όνομα του στοιχείου δυσπρόσιο, με τη βοήθεια και της ελληνικής γλώσσας. Διότι το όνομά του έχει τη ρίζα του στη λέξη «δυσπρόσιτος» που, χωρίς δυσκολία, καταλαβαίνουμε τι σημαίνει αλλά ίσως δεν μπορούμε να υποψιαστούμε πόσο καίρια αποδίδει μια στιγμή στην ιστορία των χημικών ανακαλύψεων. Η δυσκολία στα τέλη του 19ου αιώνα ήταν ακριβώς στο να πάρεις το νέο για την εποχή εκείνη στοιχείο, έστω και με τη μορφή κάποιας ένωσης με γνωστά τα άλλα συστατικά της μέρη. Το 1886 ο Πολ Εμίλ Λεκόκ ντε Μπουαμποντράν (1838-1912) στο Παρίσι ξεκινούσε μια προσπάθεια διαχωρισμού στα συστατικά τους από δείγματα ορυκτών που ανήκαν στις λεγόμενες σπάνιες γαίες. Από όχι καθαρό οξείδιο του υτρίου κατάφερε να πάρει έρβιο και τέρβιο μαζί με κάποιες προσμείξεις. Προχωρώντας στο δείγμα με το έρβιο βρήκε να… συγκατοικούν δύο ακόμη οξείδια με όλμιο και θούλιο. Στο δείγμα του οξειδίου με το όλμιο, που κι αυτό δεν ήταν εντελώς καθαρό, όπως του έδειχνε η φασματοσκοπική ανάλυση, υπήρχε ένα ακόμη οξείδιο. Το επεξεργάστηκε διαλύοντάς το με οξύ και προσθέτοντας αμμωνία για να προκύψει σαν ίζημα το υδροξείδιο του στοιχείου που έψαχνε. Οσο εύκολα περιγράφεται αυτή η διαδικασία τόσο δύσκολα δίνει αποτελέσματα, αφού χρειάστηκε να την επαναλάβει 32 φορές, να πάρει περίπου 26 φορές ίζημα μέχρι να μπορέσει να φθάσει στη δυσπροσία, δηλαδή ένα οξείδιο του δυσπροσίου (Dy₂O₃). Πώς αλλιώς λοιπόν να ονομάσεις ένα τέτοιο στοιχείο; Που μάλιστα έπρεπε να φθάσουμε στο έτος 1950 για να μπορέσουν αμερικανοί επιστήμονες να το πάρουν σε καθαρή μορφή, όταν εφαρμόστηκε η τεχνολογία της χρωματογραφίας με ανταλλαγή ιόντων.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός: 66

Ατομικό βάρος: 162,5

Σημείο τήξης: 1.412^οC

Σημείο ζέσης: 2.560^οC

Πυκνότητα: 8,6 g/cm³

Αριθμός ισοτόπων: 36

Δεν έχει απασχολήσει προς το παρόν γιατρούς και διαιτολόγους σε σχέση με την ανάμειξή του σε διεργασίες μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό. Δεν περνάει μέσα από τις ρίζες των φυτών και επομένως δεν φθάνει εύκολα μέσα από τη διατροφική αλυσίδα σ’ εμάς. Τα άλατά του πάντως με χλώριο ή νιτρική ρίζα θεωρούνται ελαφρώς τοξικά.

Βρίσκεται στο υπέδαφος ως συστατικό των κοιτασμάτων μοναζίτη και μπαστνεσίτη, με την Κίνα να είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός γενικά της ομάδας των λανθανιδών ή σπανίων γαιών. Μέσα σε αυτά τα στοιχεία είναι και το δυσπρόσιο. Η παγκόσμια παραγωγή ανέρχεται σε 2.000 τόνους τον χρόνο και σε αυτόν τον αριθμό περιλαμβάνονται και το καθαρό μέταλλο και το οξείδιό του. Το καθαρό μέταλλο προκύπτει βιομηχανικά θερμαίνοντας φθοριούχο δυσπρόσιο μαζί με ασβέστιο. Είναι τόσο μαλακό που κόβεται με το μαχαίρι ενώ οξειδώνεται εύκολα και έτσι δεν χρησιμοποιείται όπου μπορεί να μείνει εκτεθειμένο σε δύσκολες συνθήκες. Πιο πολύ θα συναντήσουμε το δυσπρόσιο στην κατασκευή μαγνητών χρήσιμων σε νέες τεχνολογίες όπως εξηγήσαμε πριν και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες με τη μορφή του cermet. Οπου cermet είναι το υλικό που προκύπτει όταν στο πλέγμα ενός κεραμικού υλικού εισχωρήσουν άτομα μετάλλου. Τότε το νέο υλικό έχει τις αντοχές σε υψηλές θερμοκρασίες των κεραμικών και την πλαστικότητα των μετάλλων. Μία λοιπόν από αυτές τις συνθέσεις είναι κεραμικό υλικό μαζί με οξείδιο του δυσπροσίου και νικέλιο. Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται στις ρυθμιστικές ράβδους των πυρηνικών αντιδραστήρων που φροντίζουν να απορροφώνται όσα ανεπιθύμητα νετρόνια απειλούν σε ορισμένες στιγμές οι πυρηνικές σχάσεις να γίνουν ανεξέλεγκτες. Το καλό με το υλικό αυτό που περιέχει δυσπρόσιο είναι πως δεν αλλάζει διαστάσεις. Διότι έχει παρατηρηθεί πως με άλλα υλικά τα νετρόνια εισχωρούν στο πλέγμα τους, δημιουργούν αλλαγές σε αυτό, οπές και καταστροφές, ώστε τελικά να μιλούν για το «φούσκωμα» λόγω νετρονίων. Αντίθετα, με το δυσπρόσιο παρόν, το υλικό ούτε συστέλλεται ούτε διαστέλλεται και οι επιβραδυντικές ράβδοι μέσα στον αντιδραστήρα λειτουργούν αξιόπιστα χωρίς μεγάλες φθορές.

Οξείδιο του δυσπροσίου χρησιμοποιείται για να «ντοπάρονται» κεραμικά υλικά όπως το τιτανικό βάριο για την κατασκευή πυκνωτών μικρών σε μέγεθος, που να διαθέτουν όμως μεγάλη χωρητικότητα. Επίσης δυσπρόσιο λόγω των μαγνητικών του ιδιοτήτων βρίσκουμε και σε συστήματα ανάγνωσης – διαγραφής περιεχομένου οπτικών δίσκων με τη βοήθεια ακτίνων λέιζερ.

Το κράμα Terfenol-D, από τέρβιο, σίδηρο και δυσπρόσιο, παρουσιάζει το φαινόμενο της μαγνητικής διαστολής – συστολής, δηλαδή μια ράβδος από το υλικό αυτό να αλλάζει μήκος ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου (πιο αναλυτικά αναφερόμαστε σε αυτό όταν εξετάζουμε το τέρβιο), και βρίσκει χρήσεις σε sonar και σε διάφορους αισθητήρες.

Αλλη μια σημαντική χρήση του στοιχείου αυτού έχουμε στα δοσίμετρα για τη μέτρηση της ιονίζουσας ακτινοβολίας που μπορεί να δέχεται ένας άνθρωπος. Κρύσταλλοι θειικού ασβεστίου ή φθοριούχου ασβεστίου ντοπάρονται και με δυσπρόσιο, οπότε η ακτινοβολία όπου υπάρχει διεγείρει το δυσπρόσιο και όταν αυτό επανέρχεται μετρούν σε ευαίσθητη επιφάνεια επάνω στο δοσίμετρο την έκθεση στην ακτινοβολία αυτή.

Τέλος, στρέφοντας το βλέμμα προς τα επάνω τις νύχτες, ιδιαίτερα σε μεγάλες και προηγμένες εγκαταστάσεις φωτισμού, όπως είναι τα σύγχρονα γήπεδα, τα αεροδρόμια και οι μεγάλοι δημόσιοι δρόμοι, θα δούμε να λάμπουν φωτιστικά σώματα μεγάλης έντασης. Σε αυτό βοηθούν οι λεγόμενες λυχνίες μεταλλο-αλογονιδίων, γνωστές και ως MH ή HID, δηλαδή λυχνίες με υδράργυρο που με τη βοήθεια και μεταλλικών στοιχείων όπως είναι το δυσπρόσιο, που αποσπώνται από το αλογόνο μόλις ο υδράργυρος διεγερθεί, κάνουν τη νύχτα ημέρα, προς μεγάλη λύπη κάποιων λίγων.

Είναι όσοι ασχολούνται με αστρονομικές παρατηρήσεις τη νύχτα και παραπονούνται για τη φωτορύπανση αυτών των έντονων και σε μεγάλο ύψος πηγών φωτός που δεν επιτρέπουν στα τηλεσκόπιά τους να «βλέπουν» σωστά.