Erbium
Vorlage:Infobox Chemisches Element
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.
Geschichte
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.<ref>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 Vorlage:DOI.</ref> 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.<ref>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 Vorlage:DOI.</ref><ref>Claude Piguet: Extricating erbium. In: Nature Chemistry. 2014, Band 6, Nummer 4, S. 370 Vorlage:DOI.</ref>
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.<ref>Otto Holmberg: Beiträge zur Kenntnis des Holmiums. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1911, Band 71, Nummer 1, S. 226–235 Vorlage:DOI.</ref> Auch das Ytterbium wurde 1878 bei Untersuchungen von Erbiumoxid durch Jean Charles Galissard de Marignac entdeckt.<ref>Jean Charles Galissard de Marignac: Sur l’ytterbine, terre nouvelle, contenu dans la gadolinite. In: Comptes Rendus. 87, 1878, S. 578–581 (Vorlage:Gallica).</ref>
Annähernd reines Erbium(III)-oxid wurde 1905 unabhängig voneinander durch Georges Urbain und Charles James dargestellt.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref> 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.<ref>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.</ref>
Vorkommen
Erbium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 3,5 ppm.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref> Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Terbium bis Lutetium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rear Earth Elements, HREE) gezählt.
Wie alle Seltenen Erden ist Erbium lithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig im Erdmantel. Seltene Erden werden zudem zu den inkompatiblen Elementen gezählt, jedoch ist es bei verschiedenen Gesteinen und Lanthanoiden unterschiedlich ausgeprägt. Während leichte Lanthanoide stark inkompatibel sind, ist dies bei schweren weniger der Fall. Vor allem in Granat werden HREE wie Erbium bevorzugt eingebaut.<ref>Martin Okrusch, Hartwig E. Frimmel: Mineralogie. 10. Auflage, Springer, 2022, ISBN 978-3-662-64064-7, S. 765–769.</ref>
Es sind keine Erbiumminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten erbiumhaltigen Minerale sind Xenotim, Gadolinit-(Y), Bastnäsit, Allanit und Britholit.<ref name="EncyclopediaGeochem">Scott M. McLennan: Erbium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 460–462.</ref> Der Erbiumgehalt von Xenotim liegt je nach Probe bei 3,9 bis 4,1 %<ref>Xenotim. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 67 kB; abgerufen am 7. November 2025]).</ref>
Die kommerziell wichtigste Quelle für Erbium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.<ref name="SupergeneMineralDeposits">Charles D. Beard, Eva Marquis, Martin P. Smith, Martin Yan Hei Li, Guillaume Estrade, Kathryn M. Goodenough: Ion Adsorption Mineralisation in Regolith-Hosted REE Deposits. In: Rob J. Bowell, Charles R. M. Butt (Hrsg.): Geology, Geochemistry and Formation of Supergene Mineral Deposits in Deeply Weathered Terrain. Springer, 2025, ISBN 978-3-031-75732-7, S. 365–367.</ref>
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.<ref name="Nature Communications">A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nummer 1 Vorlage:DOI.</ref> Die chinesischen Tonmineral-Vorkommen enthalten etwa 5 ppm Erbium, es sind noch einige Vorkommen mit höheren Gehalten von bis zu 44 ppm in einer kleinen, sehr HREE-reichen Lagerstätte in Penco, Chile bekannt.<ref>Kenneth D. Collerson, Roussos Dimitrakopoulos, Guy Greville: A Meaningful metric to compare the value and Prospectivity of Clay-Hosted regolith rare earth element deposits. In: Ore Geology Reviews. Band 180, 2025, Artikel 106582, Vorlage:DOI.</ref>
Gewinnung und Darstellung
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.
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Das silberweiß glänzende Metall der Seltenen Erden ist schmiedbar, aber auch ziemlich spröde.
Chemische Eigenschaften
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.
Als reiner Beta-Strahler wird 169Er in der Nuklearmedizin zur Therapie bei der Radiosynoviorthese eingesetzt.<ref>Deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin - Leitlinie der Radiosynoviorthese.</ref>
Viele seiner Verbindungen, wie Erbiumchlorid, sind rosa gefärbt und werden deshalb in der Töpferei und Glasbläserei eingesetzt.<ref name=":0">Vorlage:Literatur</ref>
Verbindungen
- 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
Weblinks
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Einzelnachweise
<references />