Erbium is synthesized in stars mainly through the s-过程 (slow neutron capture) occurring in low- to medium-mass AGB stars (asymptotic giant branch), with a significant contribution from the r-process (rapid neutron capture) during explosive events such as supernovae. Nucleosynthesis models estimate that about 70-80% of solar erbium comes from the s-process, and 20-30% from the r-process. As a lanthanide with an even number of protons (Er, Z = 68), it is more abundant than its odd neighbors (holmium-67 and thulium-69) according to the Oddo-Harkins rule.
铒在宇宙中的丰度（按原子数计）约为氢的2.5×10⁻¹²倍，其丰度约为钬的5倍，与镝相近。在重稀土元素中，由于铒的原子序数为偶数且部分同位素具有特殊稳定性，其相对丰度较高。这一相对丰度促进了其大规模技术应用。
铒因其对慢中子捕获过程（s-过程）的强烈偏好，被视为重稀土中该核合成过程的最佳示踪元素之一。铒/铕（Er/Eu）比值在研究渐近巨星分支（AGB）星对银河系化学富集贡献的历史中尤为有用。富含s-过程元素的恒星表现出较高的Er/Eu比值，而以快中子捕获过程（r-过程）为主的贫金属星则呈现较低的比值。
由于铒具有相对容易观测的光谱线，尤其是Er II离子的谱线，已在许多恒星中探测到铒的存在。这些探测使得绘制银河系不同恒星族群中铒的丰度分布成为可能，为星系核合成模型提供了重要约束。对极端贫金属恒星中铒的研究有助于理解宇宙中首批重元素的产生过程。
Erbium takes its name from the Swedish village of 伊特比, located on the island of Resarö near Stockholm, famous for its quarry that provided minerals containing several rare earths. Ytterby gave its name to four elements: yttrium (Y), terbium (Tb), erbium (Er), and ytterbium (Yb). The name "erbium" was formed by analogy with the other elements discovered in the ores from this locality.
Erbium was discovered in 1843 by the Swedish chemist 卡尔·古斯塔夫·莫桑德 (1797-1858), who worked at the Karolinska Institute in Stockholm. Mosander was studying an yttria mineral (yttrium oxide) from Ytterby. After numerous fractional crystallizations, he succeeded in separating this oxide into three distinct compounds, which he named yttria (white), erbia (pink), and terbia (yellow). The "erbia" he isolated contained mainly erbium oxide, although the complete purification of the element took several decades.
与铽类似，关于"氧化铒"和"氧化铽"的名称在数年间也存在混淆。部分化学家曾颠倒命名，将"氧化铒"用于现今所称的氧化铽（铽氧化物），反之亦然。直至19世纪末，根据莫桑德最初的发现，这一命名体系才得以最终确立。1905年，法国化学家乔治·于尔班和查尔斯·詹姆斯首次分离出相对纯净的铒金属。
铒在地壳中的平均浓度约为3.5 ppm（百万分之一），其丰度高于钬但低于镝。在重稀土元素中，铒的丰度相对较高。含铒的主要矿石包括氟碳铈矿（(Ce,La,Nd,Er)CO₃F）和独居石（(Ce,La,Nd,Er,Th)PO₄），其中铒通常占稀土总含量的0.1%至0.5%；而在磷钇矿（YPO₄）中，铒的浓度更高，可达4%至5%。
全球氧化铒（Er₂O₃）年产量约为50至100吨，虽具一定规模，但与轻稀土相比仍显较低。由于铒在电信领域具有关键重要性，它属于战略性稀土元素，其氧化物价格通常在每公斤300至700美元之间。中国以占全球总产量85%以上的份额主导生产，其次为美国、澳大利亚和马来西亚。
金属铒主要通过金属钙在惰性氩气气氛中热还原氟化铒（ErF₃）制得。全球金属铒年产量约为10至20吨。从光纤及其他电子废弃物中回收铒在技术上可行，但因浓度低而经济性较差，不过该领域的研究仍十分活跃。
铒（符号Er，原子序数68）是镧系元素中的第12个元素，属于元素周期表中f区稀土元素。其原子含有68个质子、98个中子（对应最丰富的同位素\(\,^{166}\mathrm{Er}\)）和68个电子，电子排布为[Xe] 4f¹² 6s²。这种排布赋予了铒独特的光学特性。
铒是一种银白色、具有延展性且相对较软的金属。在室温下，它呈六方密排（HCP）晶体结构。铒在室温下具有顺磁性，低于85 K（-188 °C）时转变为反铁磁性，并在52 K（-221 °C）以下呈现螺旋磁结构。在极低温度（低于20 K）下，它会变为铁磁性。这些复杂的磁学特性在固态物理学中有所研究，但其技术应用远不如光学特性广泛。
Erbium melts at 1529 °C (1802 K) and boils at 2868 °C (3141 K). Like most lanthanides, it has high melting and boiling points. Erbium undergoes an allotropic transformation at 1495 °C where its crystal structure changes from hexagonal close-packed (HCP) to body-centered cubic (BCC). Its electrical conductivity is poor, about 25 times lower than that of copper.
铒在室温干燥空气中相对稳定，但会缓慢氧化形成粉红色的Er₂O₃氧化物。加热时氧化速度加快，燃烧生成氧化物：4Er + 3O₂ → 2Er₂O₃。铒与冷水反应缓慢，与热水反应较快，生成氢氧化铒Er(OH)₃并释放氢气。它易溶于稀无机酸。该金属必须保存在矿物油中或惰性气氛下。
Melting point of erbium: 1802 K (1529 °C).
Boiling point of erbium: 3141 K (2868 °C).
Néel temperature (antiferromagnetic transition): 85 K (-188 °C).
Transition temperature to helical order: 52 K (-221 °C).
Crystal structure at room temperature: Hexagonal close-packed (HCP).
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变 / 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 铒-162 — \(\,^{162}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 94 | 161.928778 u | ≈ 0.14% | 稳定 | 最轻的稳定同位素，在自然界中极为罕见。 |
| 铒-164 — \(\,^{164}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 96 | 163.929200 u | ≈ 1.61% | 稳定 | 稳定同位素，含量稀少。 |
| 铒-166 — \(\,^{166}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 98 | 165.930293 u | ≈ 33.61% | 稳定的 | 自然界中最丰富的稳定同位素（约占总量的三分之一）。 |
| 铒-167 — \(\,^{167}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 99 | 166.932048 u | ≈ 22.93% | 稳定 | 主要稳定同位素，丰度第二。 |
| 铒-168 — \(\,^{168}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 100 | 167.932370 u | ≈ 26.78% | 稳定的 | 重要的稳定同位素，丰度与铒-167相近。 |
| 铒-170 —— \(\,^{170}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 102 | 169.935464 u | ≈ 14.93% | 稳定 | 最重的稳定同位素，约占天然混合物的15%。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
铒有68个电子，分布在六个电子壳层中。其电子排布为[Xe] 4f¹² 6s²，在4f亚层中有12个电子。该排布也可写作：K(2) L(8) M(18) N(18) O(30) P(2)，或完整形式：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹² 5s² 5p⁶ 6s²。
K壳层（n=1）: contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L壳层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is complete, forming a noble gas configuration (neon).
M层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to electronic shielding.
N层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable structure.
O壳层 (n=5): contains 30 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f¹² 5d⁰. The twelve 4f electrons give erbium its exceptional optical properties.
P壳层 (n=6): contains 2 electrons in the 6s² subshell. These electrons are the outer valence electrons of erbium.
Erbium effectively has 14 价电子: twelve 4f¹² electrons and two 6s² electrons. Erbium exclusively exhibits the +3 oxidation state in its stable compounds. In this state, erbium loses its two 6s electrons and one 4f electron to form the Er³⁺ ion with the electronic configuration [Xe] 4f¹¹. This ion has eleven electrons in the 4f subshell and exhibits electronic transitions that are the basis of its major optical applications.
与铕、镱等镧系元素不同，铒在正常条件下不会形成稳定的+2或+4氧化态。少数铒(II)化合物已在极端条件下合成，但极不稳定。因此，+3氧化态是唯一具有化学和技术重要性的价态。
铒的化学性质以+3价态为主导。Er³⁺离子的离子半径为103.0 pm（配位数为8时），其形成的配合物在水溶液中通常呈淡粉色，这是铒盐的特征颜色。其卓越的光学特性，特别是近红外区域的跃迁，被广泛应用于光纤和激光器中。
铒金属在室温干燥空气中相对稳定，会形成一层薄薄的Er₂O₃氧化保护层。在高温（超过200°C）下，它会迅速氧化并燃烧生成氧化物：4Er + 3O₂ → 2Er₂O₃。氧化铒(III)是一种特征性的粉红色固体，具有立方C型稀土结构（C型倍半氧化物）。呈细粉状时，铒具有自燃性，可在空气中自发燃烧。
铒与冷水反应缓慢，与热水反应较快，生成氢氧化铒Er(OH)₃并释放氢气：2Er + 6H₂O → 2Er(OH)₃ + 3H₂↑。该氢氧化物以淡粉色凝胶状固体形式沉淀，微溶于水。与其他镧系元素类似，该反应并不剧烈，但随时间推移可观察到。
铒与所有卤素反应生成相应的三卤化物：2Er + 3F₂ → 2ErF₃（粉红色氟化物）；2Er + 3Cl₂ → 2ErCl₃（紫色氯化物）。铒易溶于稀无机酸（盐酸、硫酸、硝酸），释放氢气并生成相应的Er³⁺盐：2Er + 6HCl → 2ErCl₃ + 3H₂↑。
铒在中等温度（300-400 °C）下与氢反应生成ErH₂氢化物，在更高温度下生成ErH₃。与硫反应生成Er₂S₃硫化物。在高温（>1000 °C）下与氮反应生成ErN氮化物，与碳反应生成ErC₂碳化物。铒还能与有机配体形成配位络合物，尽管这方面的化学研究不如其光学应用成熟。
铒最重要的特性是其卓越的光学行为。Er³⁺离子具有电子跃迁能力，使其能够在近红外区域发光，特别是在1.55微米（1550纳米）波长处。该波长至关重要，因为它对应石英光纤的最低传输窗口，在此处衰减最小（约0.2 dB/km）。这种巧合使得铒成为全球电信网络中放大光信号的理想元素。
The invention of 掺铒光纤放大器（EDFA） in the 1980s revolutionized global communications. Before EDFAs, optical signals in fibers had to be electronically regenerated every 50-100 km (detection, conversion to electrical signal, electronic amplification, then reconversion to optical signal). EDFAs allow direct amplification of the optical signal without electronic conversion, significantly reducing costs and complexity while increasing network capacity.
在EDFA中，石英光纤掺杂了Er³⁺离子（通常为百万分之几百）。该光纤通过980纳米或1480纳米的激光二极管进行光泵浦。Er³⁺离子吸收泵浦光后跃迁至更高能级。当1550纳米的通信光信号通过光纤时，会激发这些受激离子发射相同波长的额外光子，从而放大信号。这一过程即为受激辐射，与激光器的工作原理相同。
- 波长: Optimal amplification around 1550 nm, corresponding to the minimum transmission window of fibers.
- 带宽: About 30-40 nm, allowing simultaneous amplification of many channels (WDM: Wavelength Division Multiplexing).
- 增益: Typically 20-30 dB (amplification factor of 100 to 1000).
- 噪声系数: Low (4-5 dB), essential for long-distance transmissions.
- 输出功率: Up to several watts for power amplifiers.
- 掺杂光纤的长度: Generally 10-30 meters.
掺铒光纤放大器（EDFA）使得跨洋海底光纤网络、长距离陆地网络的构建成为可能，并通过波分复用（WDM）技术成倍提升了网络容量。没有铒元素，全球高速互联网、国际光纤电话以及众多现代云服务将无法实现或成本极其高昂。一个典型的EDFA含有几毫克到几克的铒。
Er:YAG激光器发射波长为2.94微米，该波长被水强烈吸收（吸收率约为1.06微米Nd:YAG激光器波长的10000倍）。这一特性使其成为医疗和牙科应用的理想选择，尤其适用于需对含水组织进行精确消融、同时对周围组织热损伤最小的场景。
掺铒玻璃激光器通常发射约1.54微米或1.55微米的激光，用于：
这些激光器使用掺铒光纤作为增益介质。它们体积紧凑、效率高，并能产生优异的光束质量。应用领域：
铒具有中等热中子吸收截面（其中Er-167同位素最有效，约为166靶恩）。这一特性使铒可用于核反应堆控制棒，但其应用不如硼、镉或钆等其他材料普遍。铒有时被用作实验性核燃料中的可燃毒物以控制反应性。
氧化铒（Er₂O₃）因其在辐照下的稳定性和良好的导热性，正被研究用作核反应堆部件的保护涂层。这些涂层有望提高核燃料的安全性和使用寿命。
Er³⁺离子赋予玻璃和陶瓷特有的粉红色。这一特性被用于：
一些掺铒材料（常与镱结合使用）能够将两个低能量红外光子转换为一个高能量可见光子（上转换现象）。应用领域：
目前正在进行研究，旨在将铒应用于太阳能电池以提高其效率。其原理是通过量子切割过程，将高能光子（紫外线、蓝光）转化为多个低能光子（处于硅的最佳吸收范围内）。
铒及其化合物的化学毒性较低，与其他镧系元素相当。可溶性盐类可能引起皮肤、眼睛和呼吸道刺激。尚未发现严重的急性毒性或致癌效应。铒盐对动物的半数致死剂量（LD50）与其他镧系元素相似（通常>500 mg/kg）。铒无已知的生物学作用。
与其他镧系元素类似，铒在暴露情况下会优先在肝脏和骨骼中积累，且清除速度极慢。普通人群的暴露量极低，主要限于相关行业的从业人员。
环境影响与稀土开采普遍相关。提取一公斤铒需要处理数吨矿石，产生大量废物和环境影响。然而，全球铒的总使用量相对较小（每年几十吨），与其他金属相比。
从废旧光纤中回收铒在技术上是可行的，但由于光纤中铒的浓度较低（通常为百万分之几百），且难以将铒与二氧化硅分离，经济上存在困难。然而，随着光纤废弃物数量的增加以及回收技术的进步，这一途径未来可能会更具吸引力。
铒被多个国家和地区（美国、欧盟）列为关键原材料，因其对关键基础设施（电信）的重要性以及生产地理分布高度集中（中国）。目前各方正致力于多元化供应、提高使用效率（减少每台掺铒光纤放大器所需的铒用量）以及开发替代技术。
职业暴露发生在稀土生产厂、光纤制造、激光晶体生产以及电信设施中。金属粉尘的标准预防措施适用。在医疗应用（激光）中，适用于4级激光的标准预防措施。
原子的各种形态：从古代直觉到量子力学 
