Erbium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Erbium zählt zu den schweren Seltenen Erden, deren Grundlagen bei Lanthan stehen. In der Erdkruste ist es etwa so häufig wie Zinn und damit keineswegs selten. Man findet es in Xenotim, in Monazit und in den Ionenadsorptionstonen Südchinas, dort neben Yttrium und den anderen schweren Lanthanoiden. Nach der Trennung durch Ionenaustausch liegt es als Erbiumoxid vor, aus dem das Metall durch Reduktion entsteht. Reines Metall ließ sich erst im zwanzigsten Jahrhundert herstellen.

Die Spur führt zum Steinbruch von Ytterby bei Stockholm, nach dem auch das Yttrium benannt ist. Dort hatte man im späten achtzehnten Jahrhundert ein schweres Mineral entdeckt, aus dem man zunächst nur eine einzige Erde abtrennte, die Yttererde. Der schwedische Chemiker Carl Gustaf Mosander zeigte im Jahr 1843, dass in ihr noch zwei weitere Oxide stecken. Das eine nannte er Erbia, das andere Terbia. Beim Benennen geriet später einiges durcheinander, wie beim Terbium erzählt wird.

Eigenschaften und Reaktionen

Erbium ist das zwölfte Lanthanoid. Links von ihm steht in Periode 6 das Holmium, rechts das Thulium. Mit der Elektronenkonfiguration [Xe] 4f¹² 6s² ist die 4f-Unterschale fast gefüllt. Die Elektronegativität liegt bei 1,24. Das Metall schmilzt bei 1529 °C, siedet bei 2868 °C und erreicht eine Dichte von 9,07 g/cm³. Sein Atomradius liegt bei 175 pm. Erbium ist weich und biegsam, läuft an der Luft nur langsam an und reagiert mit Wasser träge. In Verbindungen tritt es praktisch nur dreifach positiv auf.

Typisch für Erbium ist die Farbe. Die Er³⁺-Ionen färben Salze und Oxid rosa, und rosa sind auch erbiumhaltige Gläser. Die Ionen schlucken Licht bei einigen sehr genau festgelegten Wellenlängen im Sichtbaren, besonders im Grünen. Das übrige Licht erscheint dann rosa bis rötlich.

Für die Technik zählt aber ein Übergang im Infraroten. Ein angeregtes Er³⁺-Ion kann bei etwa 1550 Nanometern Licht abgeben. Genau dort ist Quarzglas am klarsten, das Licht verliert in einer Glasfaser bei dieser Wellenlänge am wenigsten Energie. Beides passt also zusammen: Die Faser überträgt diese Farbe besonders gut, und Erbium kann sie verstärken.

Verwendung in Alltag und Technik

Am bekanntesten ist die Anwendung in der Glasfasertechnik. Auf langen Strecken verliert ein Kabel Licht, nach einigen Dutzend Kilometern ist das Signal zu schwach. In einem Faserverstärker ist darum ein kurzes Stück Faser mit Erbium versetzt. Ein Pumplaser regt die Erbiumionen an, und das durchlaufende Signal bringt sie dazu, ihre Energie als zusätzliches Licht gleicher Wellenlänge abzugeben. Das Signal wird so ohne Umweg über Elektronik verstärkt, und zwar für viele Farbkanäle zugleich. Solche Verstärker stehen in Seekabeln und Fernnetzen.

Der Er:YAG-Laser enthält Erbium in einem Kristall aus Yttrium-Aluminium-Granat und sendet bei etwa 2940 Nanometern Infrarotlicht aus. Wasser nimmt diese Wellenlänge besonders stark auf, der Strahl dringt deshalb nur Bruchteile eines Millimeters ein und trägt Gewebe Schicht für Schicht ab, mit wenig Wärmeschaden ringsum. In der Hautmedizin glättet man damit die Haut, in der Zahnmedizin bearbeitet man Zahnhartsubstanz und Karies.

Erbiumoxid dient als rosa Farbmittel für Glas, Glasuren und Keramik, auch Zirkonia, der Ersatz für Diamanten im Schmuck, wird mit Erbium rosa gefärbt. In der Metallurgie macht ein Zusatz von Erbium das Metall Vanadium leichter bearbeitbar. Erbiumverbindungen sind kaum giftig.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Erbium (Er)?

Häufige Fragen