Ytterbium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Yb und Atomnummer 70. Es ist das vierzehnte und vorletzte Element in der lanthanide Reihe oder letztes Element im F-Block, der die Basis der Verhältnisstabilität des +2 Oxydationsstaates ist. Jedoch, wie der andere lanthanides, ist der allgemeinste Oxydationsstaat +3, gesehen in seinem Oxyd, Halogeniden und anderen Zusammensetzungen. In einer wässrigen Lösung, wie Zusammensetzungen anderen späten lanthanides, bilden auflösbare Lutetium-Zusammensetzungen einen Komplex mit neun Wassermolekülen.

1878 hat der schweizerische Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac in der seltenen Erde von "erbia" einen anderen unabhängigen Bestandteil getrennt, den er "ytterbia", für Ytterby, das schwedische Dorf nahe genannt hat, wo er den neuen Bestandteil von Erbium gefunden hat. Er hat vermutet, dass ytterbia eine Zusammensetzung eines neuen Elements war, das er genannt hat, "Ytterbium" (bemerken Sie, dass in vier Gesamtelementen nach dem Platz, anderer genannt wurden, Yttrium, Terbium und Erbium seiend). 1907 wurde die neue Erde "lutecia" von ytterbia getrennt, aus dem das Element "lutecium" (jetzt Lutetium) herausgezogen wurde. Eine relativ reine Probe des Metalls wurde nur 1953 erhalten. In der Gegenwart wird Ytterbium als ein dopant von rostfreiem Stahl, energischen Medien und Gebrauch hauptsächlich verwendet, weil eine Gammastrahl-Quelle auch vorgekommen ist.

Natürliches Ytterbium ist eine Mischung von sieben stabilen Isotopen, welche alltogether bei Konzentrationen von 3 ppm da sind. Dieses Element kann von China, den Vereinigten Staaten, Brasilien, Indien in der Form der Minerale monazite, euxenite, und xenotime abgebaut werden. Die Ytterbium-Konzentration ist niedrig, weil das Element unter vielen anderen seltenen Erdelementen gefunden wird; außerdem ist es unter den am wenigsten reichlichen. Einmal herausgezogen und bereit ist Ytterbium eine Gefahr, aber nicht groß, wie gesehen: Sie ärgern Haut und Augen. Das Metall ist ein Feuer und Explosionsgefahr.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Ytterbium ist ein weiches, verformbares und hämmerbares chemisches Element, das einen hellen silberfarbenen Schimmer wenn in seiner reinen Form zeigt. Es ist ein seltenes Erdelement, und es wird sogleich angegriffen und durch die starken Mineralsäuren aufgelöst. Es reagiert langsam mit kaltem Wasser, und es oxidiert langsam in Luft.

Ytterbium hat drei allotropes, die durch das griechische Brief-Alpha, Beta und Gamma etikettiert sind; ihre Transformationstemperaturen sind 13 °C und 795 °C. Das Beta allotrope besteht bei der Raumtemperatur, und es hat eine flächenzentrierte Kubikkristallstruktur. Das Hoch-Temperaturgamma allotrope hat eine Körper - kristallene Kubikstruktur.

Normalerweise hat das Beta allotrope ein metallisches elektrisches Leitvermögen, aber es wird ein Halbleiter, wenn ausgestellt, zu einem Druck von ungefähr 16,000 Atmosphären (1.6 GPa). Sein elektrischer spezifischer Widerstand nimmt zehnmal nach der Kompression zu 39,000 Atmosphären (3.9 GPa) zu, aber fällt dann auf ungefähr 10 % seines spezifischen Raumtemperaturwiderstands an ungefähr 40,000 atm (4.0 GPa).

Im Vergleich mit den anderen Selten-Erdmetallen, die gewöhnlich antimagnetische und/oder eisenmagnetische Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen haben, ist Ytterbium bei irgendwelchen Temperaturen über 1.0 kelvin paramagnetisch.

Mit einem Schmelzpunkt von 824 °C und einem Siedepunkt von 1196 °C Ytterbium hat eine kleinere Reihe von flüssigen Temperaturen als jedes andere Metall.

Chemische Eigenschaften

Ytterbium-Metall wird langsam in Luft trübe. Fein verstreutes Ytterbium ähnlich als andere Metalle sogleich sogleich in Luft und unter Sauerstoff. Mischungen von bestäubtem Ytterbium mit polytetrafluoroethylene oder hexachloroethane brennen mit einer smaragdgrünen Leuchtflamme.; °C, um Ytterbium (III) Oxyd (YbO) oder weniger stabiles Ytterbium-Monoxyd (YbO) zu bilden.

Ytterbium ist ganz electropositive, und es reagiert langsam mit kaltem Wasser und ganz schnell mit heißem Wasser, um Ytterbium-Hydroxyd zu bilden:

:2 Yb (s) + 6 HO (l)  2 Yb (OH) (aq) + 3 H (g)

Ytterbium reagiert mit allen Halogenen:

:2 Yb (s) + 3 F (g)  2 YbF (s) [weißer]

:2 Yb (s) + 3 Kl. (g)  2 YbCl (s) [weißer]

:2 Yb (s) + 3 Br (g)  2 YbBr (s) [weißer]

:2 Yb (s) + 3 ich (g)  2 YbI (s) [weißer]

Das Ytterbium (III) absorbiert Ion Licht in der fast infraroten Reihe von Wellenlängen, aber nicht im sichtbaren Licht, so dass das Mineral ytterbia, YbO, in der Farbe weiß ist, und die Salze von Ytterbium von farblosen Anionen auch farblos sind. Ytterbium löst sich sogleich in verdünnter Schwefelsäure auf, um Lösungen zu bilden, die die farblosen Ionen von Yb (III) enthalten, die als [Yb (OH)] Komplexe bestehen:

:2 Yb (s) + 3 HSO (aq)  2 Yb (aq) + 3 (aq) + 3 H (g)

Chemische Zusammensetzungen

Das chemische Verhalten von Ytterbium ist diesem des Rests des lanthanides ähnlich. Die meisten Ytterbium-Zusammensetzungen werden in der Oxydation gefunden setzen +3 fest, und seine Salze in diesem Oxydationsstaat sind fast farblos. Wie Europium, Samarium und Thulium, kann der trihalogens von Ytterbium durch Wasserstoff oder durch die Hinzufügung vom Metall reduziert werden, das auf den dihalogens, in diesem Fall zum Beispiel YbCl reduziert ist. Der Oxydationsstaat +2 reagiert in mancher Hinsicht ähnlich auf die alkalischen Erdmetallzusammensetzungen, zum Beispiel das Ytterbium (II) Oxyd (YbO) zeigt dieselbe Struktur wie Kalzium-Oxyd (CaO).

• Halogenide: YbCl, YbBr, YbCl, YbF
• Oxyde: YbO
• Hydroxyd: Ytterbium-Hydroxyd, Yb (OH)

Isotope

Natürliches Ytterbium wird aus sieben stabilen Isotopen zusammengesetzt: Yb, Yb, Yb, Yb, Yb, Yb und Yb, mit Yb, der das reichlichste Isotop, an 31.8 % des natürlichen Überflusses ist). 27 Radioisotope sind mit den stabilsten beobachtet worden, die Yb-169 mit einer Halbwertzeit von 32.0 Tagen, Yb mit einer Halbwertzeit von 4.18 Tagen und Yb mit einer Halbwertzeit von 56.7 Stunden sind. Alle seine restlichen radioaktiven Isotope haben Halbwertzeiten, die weniger als zwei Stunden sind, und die Mehrheit von diesen Halbwertzeiten hat, die weniger als 20 Minuten sind. Ytterbium hat auch 12 Meta-Staaten, mit dem stabilsten Wesen Yb-169m (t 46 Sekunden).

Die Isotope von Ytterbium erstrecken sich im Atomgewicht von 147.9674 Atommasseneinheit (u) für Yb zu 180.9562 u für Yb. Seine primäre Zerfall-Weise an Gewichten tiefer als das reichlichste stabile Isotop, Yb, ist Elektronfestnahme, und die primäre Zerfall-Weise über der Atommassenzahl 174 ist Beta-Zerfall. Die primären Zerfall-Produkte an Atommassen tiefer als 174 sind Thulium-Isotope, und die primären Produkte von obengenannten 174 u sind Element (Lutetium-Isotope. Interessanterweise in der modernen Quant-Optik folgen die verschiedenen Isotope von Ytterbium entweder Statistik von Bose-Einstein oder Fermi-Dirac Statistik, zu bedeutendem Verhalten in optischen Gittern führend.

Geschichte

Ytterbium wurde vom schweizerischen Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac das Jahr 1878 entdeckt. Marignac hat einen neuen Bestandteil in der Erde dann bekannt als erbia gefunden, und er hat sie ytterbia, für Ytterby, das schwedische Dorf nahe genannt, wo er den neuen Bestandteil von Erbium gefunden hat. Marignac hat vermutet, dass ytterbia eine Zusammensetzung eines neuen Elements war, dass er "Ytterbium" genannt hat.

1907 hat der französische Chemiker Georges Urbain den ytterbia von Marignac in zwei Bestandteile getrennt: neoytterbia und lutecia. Neoytterbia würde später bekannt als das Element-Ytterbium werden, und lutecia wäre später als das Element-Lutetium bekannt. Carl Auer von Welsbach hat unabhängig diese Elemente von ytterbia in ungefähr derselben Zeit isoliert, aber er hat sie aldebaranium und cassiopeium genannt.

Die Chemikalie und physikalischen Eigenschaften von Ytterbium konnten mit keiner Präzision bis 1953 bestimmt werden, als das erste fast reine Ytterbium-Metall durch das Verwenden von mit dem Ionaustauschprozessen erzeugt wurde. Der Preis von Ytterbium war zwischen 1953 und 1998 an ungefähr US$ 1,000/Kg relativ stabil.

Ereignis

Ytterbium wird mit anderen seltenen Erdelementen in mehreren seltenen Mineralen gefunden. Es wird meistenteils gewerblich von monazite Sand (0.03-%-Ytterbium) wieder erlangt. Das Element wird auch in euxenite und xenotime gefunden. Die abbauenden Hauptgebiete sind China, die Vereinigten Staaten, Brasilien, Indien, Sri Lanka und Australien; und Reserven von Ytterbium werden als eine Million Tonnen geschätzt. Ytterbium ist normalerweise schwierig, sich von anderen seltenen Erden zu trennen, aber lösende und mit dem Ionaustauschförderungstechniken, die Mitte - zum Ende des 20. Jahrhunderts entwickelt sind, haben Trennung vereinfacht. Bekannte Zusammensetzungen von Ytterbium sind selten und sind noch nicht gut charakterisiert worden. Der Überfluss an Ytterbium in der Erdkruste ist ungefähr 3 Mg/Kg.

Der wichtigste Strom (2008) Quellen von Ytterbium ist die ionischen Adsorptionstöne des südlichen Chinas. Das "Hohe Yttrium" konzentriert sich ist auf einige Versionen von diesen zurückzuführen gewesen umfassen ungefähr zwei Drittel yttria durch das Gewicht, und 3-4 % ytterbia. Als ein sogar numerierter lanthanide, in Übereinstimmung mit der Regierung von Oddo-Harkins, ist Ytterbium bedeutsam reichlicher als seine unmittelbaren Nachbarn, Thulium und Lutetium, die in demselben vorkommen, konzentrieren an Niveaus von ungefähr 0.5 % jeden. Die Weltproduktion von Ytterbium ist nur ungefähr 50 Tonnen pro Jahr, die Tatsache widerspiegelnd, dass Ytterbium wenige kommerzielle Anwendungen hat. Mikroskopische Spuren von Ytterbium werden als ein dopant im Ytterbium YAG Laser, oder, ein Halbleiterlaser verwendet, in dem Ytterbium das Element ist, das stimulierte Emission der elektromagnetischen Radiation erlebt.

Produktion

Die Wiederherstellung von Ytterbium von Erzen ist mit mehreren Prozessen verbunden, die für die meisten Selten-Erdelemente üblich sind: 1), 2) Trennung von Yb von anderen seltenen Erden, 3) Vorbereitung des Metalls in einer Prozession gehend. Wenn das Starterz gadolinite ist, wird es mit salzsaurer oder Stickstoffsäure verdaut, die die Selten-Erdmetalle auflöst. Die Lösung wird mit dem Natriumsoxalat oder der Oxalsäure behandelt, um seltene Erden als Oxalate hinabzustürzen. Für euxenite wird Erz entweder durch die Fusion mit dem Kalium bisulfate oder mit hydrofluoric Säure bearbeitet. Monazite oder xenotime werden entweder mit Schwefelsäure oder mit Ätznatron geheizt.

Ytterbium wird von anderen seltenen Erden entweder durch den Ion-Austausch oder durch die Verminderung mit dem Natriumsamalgam getrennt. In der letzten Methode wird eine gepufferte acidic Lösung dreiwertiger seltener Erden mit der geschmolzenen Natriumsquecksilberlegierung behandelt, die reduziert und Yb auflöst. Die Legierung wird mit Salzsäure behandelt. Das Metall wird aus der Lösung als Oxalat herausgezogen und zu Oxyd durch die Heizung umgewandelt. Das Oxyd wird auf Metall durch die Heizung mit Lanthan, Aluminium, Cerium oder Zirkonium im Hochvakuum reduziert. Das Metall wird durch die Sublimierung gereinigt und über einen kondensierten Teller gesammelt.

Anwendungen

Quelle der Gammastrahlung

Das Yb Isotop ist als eine Strahlenquelle verwendet worden wechseln eine tragbare Röntgenstrahl-Maschine aus, als Elektrizität nicht verfügbar war. Wie Röntgenstrahlen führt Gammastrahlung weiche Gewebe des Körpers durch, aber wird durch Knochen und andere dichte Materialien blockiert. So, kleine Proben von Yb (die Gammastrahlung ausstrahlen), die Tat wie winzige für die Röntgenografie von kleinen Gegenständen nützliche Röntgenstrahl-Maschinen. Experiment zeigt, dass mit der Quelle von Yb genommene Röntgenbilder zu denjenigen grob gleichwertig sind, die mit Röntgenstrahlen genommen sind, die Energien zwischen 250 und 350 keV haben.

Doping von rostfreiem Stahl

Ytterbium kann auch als ein dopant verwendet werden, um zu helfen, die Korn-Verbesserung, Kraft und anderen mechanischen Eigenschaften von rostfreiem Stahl zu verbessern. Eine Ytterbium-Legierung ist in Zahnheilkunde selten verwendet worden.

Yb als dopant energischer Medien

Yb wird als dopant in optischen Materialien gewöhnlich in der Form von Ionen in energischen Lasermedien verwendet. Mehrere starke doppelt-gekleidete Faser-Laser und Plattenlaser verwenden Ionen von Yb als dopant bei der Konzentration von mehrerem Atomprozent. Brille (Glasfaserleiter), Kristalle und Keramik mit Yb wird verwendet.

Ytterbium wird häufig als ein Doping-Material (als Yb) für die hohe Macht und mit der Wellenlänge stimmbaren Laser des festen Zustands verwendet. Laser von Yb strahlen allgemein im 1.06-1.12 µm Band aus

an der Wellenlänge 900 nm-1 µm, abhängig auf dem Gastgeber und der Anwendung optisch gepumpt.

Kleiner Quant-Defekt macht Yb zukünftigen dopant für effiziente Laser und Macht-Schuppen.

Die kinetische von Erregung in Yb-doped Materialien ist einfach und kann innerhalb des Konzepts wirksamer Querschnitte beschrieben werden; für die meisten Yb-doped Lasermaterialien (bezüglich vieler anderer optisch gepumpter Gewinn-Medien) hält die Beziehung von McCumber, obwohl die Anwendung auf die Yb-doped zerlegbaren Materialien unter der Diskussion war.

Gewöhnlich werden niedrige Konzentrationen von Yb verwendet. Bei der hohen Konzentration von Erregung, dem

Yb-doped Material-Show, die dunkel photowird

(Glasfasern), oder schalten jemals auf die Breitbandemission (Kristalle und Keramik) statt der effizienten Laserhandlung um.

Diese Wirkung kann mit nicht nur Überhitzung, sondern auch Bedingungen der Anklage-Entschädigung bei der hohen Konzentration von Ionen von Yb verbunden sein.

Andere

Ytterbium-Metall vergrößert seinen elektrischen spezifischen Widerstand, wenn unterworfen, hohen Betonungen. Dieses Eigentum wird in Betonungsmaßen verwendet, um Boden-Deformierungen von Erdbeben und Explosionen zu kontrollieren.

Auf Grund dessen, dass lightwaves schneller vibrieren als Mikrowellen, können optische Uhren genauer sein als das Cäsium Atomuhren, die jetzt Zeit bestimmen. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) arbeitet an mehreren solcher optischen Uhren gleichzeitig. Das Modell mit einem einzelnem in einer Ion-Falle gefangenem Ytterbium-Ion erfährt jetzt eine andere Zunahme in der Genauigkeit. An PTB haben Wissenschaftler einen Übergang dieses Ions und im Messen davon mit der äußersten Genauigkeit geschafft. Die optische darauf gestützte Uhr ist zu 17 Ziffern nach dem dezimalen Punkt genau.

Zurzeit wird Ytterbium als ein möglicher Ersatz für Magnesium in der hohen Speicherdichte pyrotechnische Nutzlasten für kinematische Infrarotköder-Aufflackern untersucht. Als Ytterbium (III) hat Oxyd ein bedeutsam höheres Emissionsvermögen in der Infrarotreihe als Magnesium-Oxyd, eine höhere leuchtende Intensität wird in gestützten Nutzlasten von Ytterbium im Vergleich mit denjenigen erhalten, die allgemein auf Magnesium/Teflon/Viton (MTV) gestützt sind.

Vorsichtsmaßnahmen

Obwohl Ytterbium chemisch ziemlich stabil ist, sollte es in luftdichten Behältern und in einer trägen Atmosphäre versorgt werden, um das Metall vor Luft und Feuchtigkeit zu schützen. Alle Zusammensetzungen von Ytterbium sollten als hoch toxisch behandelt werden, obwohl anfängliche Studien scheinen anzuzeigen, dass die Gefahr minimal ist. Wie man jedoch bekannt, verursachen Ytterbium-Zusammensetzungen Reizung zur Haut und dem Auge, und einige könnten teratogenic sein. Metallischer Ytterbium-Staub stellt ein Feuer und Explosionsgefahr auf.

Weiterführende Literatur

• Handbuch zu den Elementen - Verbesserte Auflage, Albert Stwertka, (Presse der Universität Oxford; 1998) internationale Standardbuchnummer 0-19-508083-1

Links

• WebElements.com - Ytterbium (auch verwendet als eine Verweisung)
• Es ist - Ytterbium elementar