Редкоземельный элемент иттербий — мягкий, податливый и пластичный элемент, известный своим ярким серебристым блеском. Иттербий — четырнадцатый и предпоследний элемент в ряду лантаноидов, что объясняет относительную стабильность его степени окисления +2. Но, как и у других лантаноидов, наиболее распространенная или стабильная степень окисления иттербия равна +3. Иттербий относится к редкоземельным элементам, обозначаемым символом Yb, и имеет атомный номер 70. Этот элемент легко разрушается и растворяется минеральными кислотами, но медленно реагирует с водой и окисляется на воздухе. Образующийся оксид образует защитный слой на поверхности соединения. Соединения иттербия обычно редки в природе.
Этот элемент можно получить в виде оксида, галогенидов и других соединений элемента. Из-за закрытой электронной конфигурации иттербия его плотность, температуры плавления и кипения значительно отличаются от плотности большинства других лантаноидов. Общие применения иттербия включают производство сплавов и улучшение механических свойств стали, таких как измельчение зерна и прочность сплава. Обратите внимание, что иттербий — самый летучий из известных редкоземельных металлов.
Распространение иттербия в окружающей среде
Иттербий встречается наряду с другими редкоземельными элементами в нескольких редких минералах, таких как гадолинит, монацит и ксенотим. В своей естественной форме иттербий представляет собой комбинацию семи стабильных изотопов. Этот элемент в основном добывается в Китае, США, Бразилии и Индии в виде минералов монацита, эвксенита и ксенотима. Это один из наименее распространенных редкоземельных элементов. Следует отметить, что иттербий после его извлечения и приготовления представляет опасность для здоровья человека, так как вызывает раздражение глаз и кожи. В целом мировое производство иттербия составляет около 50 тонн в год.
Открытие редкоземельного иттербия
Швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк смог отделить редкоземельный элемент под названием иттербий от редкоземельного эрбия в 1878 году. Иттербий - это независимый компонент, названный в честь Иттербю, деревни в Швеции, недалеко от которой он нашел новый компонент эрбий. Жан Карлес считал, что иттербий представляет собой соединение нового элемента, который он назвал иттербием. И только в 1953 году был получен сравнительно чистый образец металла.
Свойства редкоземельного иттербия
Вот важные химические и физические свойства иттербия:
- Иттербий мягкий, податливый и пластичный, в чистом виде имеет яркий серебристый блеск.
- Он легко растворяется в сильных минеральных кислотах, медленно реагирует с холодной водой и медленно окисляется на воздухе.
- Иттербий имеет три аллотропные формы: альфа, бета и гамма. Альфа-аллотроп имеет гексагональную кристаллическую структуру и стабилен при низких температурах. Бета-аллотроп существует при комнатной температуре и имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Наконец, высокотемпературный гамма-аллотроп имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру.
- Иттербий обладает слабым парамагнетизмом и имеет самую низкую магнитную восприимчивость среди всех редкоземельных металлов.
- Иттербий хорошо реагирует со всеми галогенами.
- Известно, что смеси порошкообразного иттербия с политетрафторэтиленом или гексахлорэтаном горят светящимся изумрудно-зеленым пламенем.
- Иттербий также реагирует с водородом с образованием различных нестехиометрических гидридов.
- Этот элемент довольно электроположителен. Он медленно реагирует с холодной водой и быстро с горячей водой с образованием гидроксида иттербия (III).
- Встречающийся в природе иттербий состоит из семи стабильных изотопов: 168Yb, 170Yb, 171Yb, 172Yb, 173Yb, 174Yb и 176Yb. 174Yb является наиболее распространенным, но наблюдалось 27 радиоизотопов иттербия, из которых наиболее стабильными являются 169Yb, 175Yb и 166Yb.
Применение редкоземельного иттербия
Легирование нержавеющей стали
Иттербий в настоящее время используется в качестве легирующей добавки для улучшения измельчения зерна, прочности и других механических свойств нержавеющей стали. Хотя сплавы иттербия используются редко, они также применимы в стоматологии.
Тонкопленочное покрытие
Мишени для распыления иттербия и материалы для испарения иттербия используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
Ионные кубиты, используемые для квантовых вычислений
Заряженный ион 171 Изотоп Yb+ использовался в кубитах с захваченными ионами в квантовых вычислениях. Мёлмер-Сёренсе и другие ворота запутанности были достигнуты путем воздействия на ионы с помощью импульсных лазеров с синхронизацией мод.
Источник гамма-лучей
Было продемонстрировано, что изотоп 169Yb с периодом полураспада 32 дня, полученный в результате нейтронной активации при облучении иттербия в ядерных реакторах, является ценным источником излучения в портативных рентгеновских аппаратах.
Высокостабильные атомные часы
Иттербиевые часы известны своей стабильностью при тикании. Обратите внимание, что часы, разработанные в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), основаны на примерно 10 000 атомах редкоземельных элементов, охлажденных до 10 микрокельвинов и захваченных в оптическую решетку — серию ям в форме блинов, состоящих из лазерного света.
Иттербий как добавка активных сред
Ион Yb3+ также используется в качестве легирующего материала в активных лазерных средах. Примерами являются твердотельные лазеры и волоконные лазеры с двойной оболочкой. Было обнаружено, что иттербиевые лазеры очень эффективны, имеют длительный срок службы и способны генерировать короткие импульсы. Альтернативно, иттербий может быть включен в материалы, используемые при изготовлении лазера.
Заключение
Иттербий — мягкий, яркий и серебристый редкоземельный металл с атомным номером 70. Это наиболее летучий редкоземельный элемент, который встречается в природе вместе с другими редкоземельными минералами. Этот элемент широко используется для улучшения механических свойств нержавеющей стали, а также является легирующей добавкой в активных средах, помимо других важных применений.