Итербијум
Ytterbium-3.jpg
Општа својства
Име, симболитербијум, Yb
Изгледсребрнасто бео; са бледо жутом нијансом[1]
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон


Yb

No
тулијумитербијумлутецијум
Атомски број (Z)70
Група, периодагрупа Н/Д, периода 6
Блокf-блок
Рел. ат. маса (Ar)173,045(10)[2][3][4]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1097 K ​(824 °‍C, ​1515 °F)
Тачка кључања1469 K ​(1196 °‍C, ​2185 °F)
Густина при с.т.6,90 g/cm3
течно ст., на т.т.6,21 g/cm3
Топлота фузије7,66 kJ/mol
Топлота испаравања129 kJ/mol
Мол. топл. капацитет26,74 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 736 813 910
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 1047 (1266) (1465)
Атомска својства
Електронегативност1,1 (?)
Енергије јонизације1: 603,4 kJ/mol
2: 1174,8 kJ/mol
3: 2417 kJ/mol
Атомски радијус176 pm
Ковалентни радијус187±8 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структурапостраничноцентр. кубична (FCC)
Face-centered cubic кристална структура за итербијум
Брзина звука танак штап1590 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширењеβ, поли: 26,3 µm/(m·K) (r.t.)
Топл. водљивост38,5 W/(m·K)
Електрична отпорностβ, поли: 0,250 µΩ·m (на r.t.)
Магнетни распоредпарамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)+249,0·10−6 cm3/mol (2928 K)[5]
Јангов модулβ форма: 23,9 GPa
Модул смицањаβ форма: 9,9 GPa
Модул стишљивостиβ форма: 30,5 GPa
Поасонов коефицијентβ форма: 0,207
Викерсова тврдоћа205–250 MPa
Бринелова тврдоћа340–440 MPa
CAS број7440-64-4
Историја
Именовањепо Итербију (Шведска), где је ископаван
ОткрићеЖан Шарл Галисад де Марињак (1878)
Прва изолацијаКарл Ауер фон Велсбах (1906)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
166Yb syn 56,7 h ε 166Tm
168Yb 0,126% стабилни
169Yb syn 32,026 d ε 169Tm
170Yb 3.023% стабилни
171Yb 14.216% стабилни
172Yb 21.754% стабилни
173Yb 16.098% стабилни
174Yb 31.896% стабилни
175Yb syn 4,185 d β 175Lu
176Yb 12,887% стабилни
177Yb syn 1,911 h β 177Lu
референцеВикиподаци

Итербијум (Yb, лат. ytterbium), је хемијски елемент из групе лантаноида са редним бројем 70.[6][7] Он је један од четири хемијска елемента који су добили име по шведском граду Итербу. Попут осталих лантаноида, он је сребрено-сјајни тешки метал. Особине итербијума не следе контракцију лантаноида, а због своје електронске конфигурације овај елемент има значајно мању густину као и ниже температуре топљења и кључања од суседних елемената у периодном систему. Итербијум је заступљен у земљиној кори у количини од 3,3 ppm. Најважнији минерал му је монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Yb)PO4

Итербијум је открио Жан Шарл Галисад де Марињак 1878. године приликом проучавања минерала гадолинита. Касније, 1907. године, Жорж Ирбен, Карл Ауер фон Велсбах и Чарлс Џејмс, независно један од другог, успели су из Марињаковог итербијума издвоје још један елемент, лутецијум. Велсбах је за име новог елемента предлагао алдебаранијум, међутим ипак је након дугих расправа и противно његовој вољи, задржано данашње име итербијум.

У техничком погледу елемент и његова једињења користе се у врло малим количинама, углавном због врло сложеног начина његовог одвајања од других лантаноида, између осталог користи се као дотирајуће средство за ласере на бази итријум-алуминијум граната. Итербијум(III) хлорид и итербијум(II) јодид су реагенси који се користе у разним органским реакцијама синтезе.

ИсторијаУреди

Итербијум је 1878. открио швајцарски хемичар Жан Шарл Галисад де Марињак. Он је детаљније проучавао гадолинит, те је покушао да одвоји ербијум који је нерастворљив у врелој води од других минералних састојака путем разлагања нитрата. При томе открио је да преостали кристали нису у потпуности изграђени од црвенкастог ербијум нитрата, већ су били видљиви и неки безбојни кристали. Измерени апсорпцијски спектар показао је да се у том случају морало радити о кристалима неког до тад непознатог елемента. Марињак је елементу дао име итербијум, према месту проналаска гадолинита у шведском Итербију, као и његовој сличности са итријумом. Одвајање оба елемента уследило је након другог експеримента додавањем хипосулфитне киселине у раствор хлорида.[8][9]

Француз Жорж Ирбен, Аустријанац Карл Ауер фон Велсбах и Американац Чарлс Џејмс су, независно један од другог, објавили 1907. године да Марињаков итербијум није чисти елемент, већ представља смешу два елемента. Ту смешу су успели да раздвоје на чисте хемијске елементе итербијум и лутецијум. Том приликом Карл Ауер фон Велсбах је новим елементима дао назив алдебаранијум (према звезди Алдебаран) и касиопеијум, док је Ирбен предложио називе неоитербијум и лутецијум.[10][11] Године 1909. међународна комисија за атомску масу, у чијем саставу су били Франк Виглсворт Кларк, Вилхелм Оствалд, Томас Едвард Торп i Жорж Ирбен, одлучила је да се Ирбену призна откриће лутецијума, те у складу с тим прихвати његово предложено име за елемент.[12] Такође је и задржано старо Марињаково име за итербијум.

Елементарни итербијум први су добили 1936. хемичари Вилхелм Клем i Хајнрих Бомер. Они су метални итербијум добили редукцијом итербијум(III) хлорида помоћу калијума при температури од 250°C. Осим тога, одредили су и кристалну структуру и магнетске особине овог метала.[13]

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

 
Кристална структура итербијума, a = 548,1 pm

Као и други лантаноиди, итербијум је такође сребренасто-светли, меки тешки метал. Он има неуобичајено ниску густину од 6,973 g/cm3, што је знатно мање од густине суседних лантаноида попут тулијума односно лутецијума односно приближно густинама неодијума или празеодијума. Слично поређење вреди и за неуобичајено ниску тачку топљења од 824°C и тачку кључања од 1430°C (за лутецијум: тачка топљења 1652°C, а кључања 3330°C). Ове вредности су у одређеној противречности са уобичајеном контракцијом лантаноида а узрок јој је електронска конфигурација итербијума [Xe] 4f14 6s2. Због потпуно попуњење f-љуске, за металну везу доступна су само два валентна електрона, па долази до знатно слабијих сила везе и знатно већег атомског радијуса метала.[14]

Постоји три различите кристалне структуре при атмосферском притиску као и друге три модификације итербијума високог притска. На собној температури, метал се кристализује у кубном густо сложеном кристалном систему са параметром решетке a = 548,1 pm.[15] При вишим температурама и притисцима ова структура прелази у кубно-унутарцентрирани кугласти систем, с тим да при атмосферском притиску, температура преласка износи око 770°C; док при собној температури, притисак преласка износи 4 GPa.[16] На ниским температурама стабилна је хексагонална најгушћа структура, при чему се структурални фазни прелаз налази између 0 и 45°C, који јако много зависи од чистоће, притиска и напрезања унутар метала. Ове фазе имају различит магнетизам. Док је хексагонална фаза дијамагнетична (што је и очекивано због потпуно попуњене орбитале), кубна површинско-центрирана структура исказује парамагнетичне особине (вероватно због малог бројa Yb3+ јона у металу).[17]

Редослед модификација високог притиска не одговара низу који се најчешће може наћи код других лантаноида. Тако на пример код итербијума нису познате модификације са двоструком хексагоналном најгушћом структуром или структуром самаријума. При притиску од 4 GPa стабилну кубну унутар-центрирану структуру следи хексагонална најгушћа структура при 26 GPa. Следећи фазни прелаз настаје при повећању притиска на 53 GPa а изнад овог притиска поново настаје кубна најгушћа структура. Нови фазни прелаз следи на 98 GPa. При овом притиску па све до најмање 202 GPa, хексагонална структура је најстабилнија са просторном групом P 3121 (бр. 152), а која се још зове и hP3 структура. Повећањем притиска следи и промена електронске структуре елемента, при чему електрон из f-орбитале прелази у d-орбиталу, а онда електронска конфигурација постаје тровалентна као и код других лантаноида.[18]

ХемијскеУреди

Итербијум је типични неплеменити метал, који при вишим температурама реагује с већином неметала. Са кисеоником споро реагује на сувом ваздуху при стандардним условима температуре и притиска, а много брже ако је у ваздуху присутна и влага. Фино иситњени метални итербијум је, попут других неплеменитих метала, врло лако запаљив на ваздуху или у присуству кисеоника. Смеса финог праха итербијума и органохалогених једињења, као што су хексахлороетан или политетрафлуороетилен, сагорева уз смарагдно-зелени пламен.[19] Реакција итербијума и водоник није потпуна, јер водоник улази у октаедарске шупљине у металној рештеци те гради нестехиометријске хидридне фазе, при чему састав зависи од температуре и притиска водоника.[14][20]

У води итербијум се врло споро раствара, а много брже у киселинама истискујући водоник. У раствору, јони итербијума су већином тровалентни, безбојни, у облику хидрата [Yb(H2O)9]3+. Жуто-зелени двовалентни јон итербијума није стабилан у воденим растворима, оксидира истискујући водоник са временом полураспада од око 2,8 сати, прелазећи у тровалентни јон.[14] Када се итербијум раствори у течном амонијаку, као и код натријума, настаје плави раствор због солватизираних електрона.[21]

ИзотопиУреди

Позната су укупна 33 изотопа између 148Yb и 181Yb као и других 12 нуклеарних изомера итербијума. Од њих, само седам се налази у природи са различитим уделом и заступљеношћу. Највећи удео у природној изотопској смеши итербијума има изотоп 174Yb од 31,8%, а следе га изотопи 172Yb са 21,9%; 173Yb са 16,12%; 171Yb са 14,3% те 176Yb са 12,7%. Изотопи 170Yb и 168Yb са удјелима од 3,05% одн. 0,13% су знатно ређи.[22]

Радиоактивни изотоп 169Yb са временом полураспада од 32 дана, настаје заједно са краткоживућим 175Yb (време полураспада 4,2 дана) путем активирања неутронима приликом излагања итербијума радијацији у нуклеарним реакторима. Он се може користити и као извор гама-зрачења, на пример у нуклеарној медицини и радиографији.[23][21]

РеференцеУреди

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. стр. 112. ISBN 0080379419. 
  2. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  3. ^ „Standard Atomic Weights 2015”. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. 12. 10. 2015. Приступљено 18. 2. 2017. 
  4. ^ „Standard Atomic Weight of Ytterbium Revised”. Chemistry International. октобар 2015. стр. 26. ISSN 0193-6484. doi:10.1515/ci-2015-0512. eISSN 0193-6484. 
  5. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  6. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  7. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  8. ^ Jean Charles Galissard de Marignac (1878). „Sur l’ytterbine, terre nouvelle, contenu dans la gadolinite”. Comptes Rendus. 87: 578—581. 
  9. ^ Per Enghag (2004). Encyclopedia of the elements: technical data, history, processing, applications. John Wiley & Sons. стр. 448. ISBN 3-527-30666-8. 
  10. ^ C. Auer v. Welsbach (1908). „Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie. 29: 181—225. doi:10.1007/BF01558944. 
  11. ^ M. G. Urbain (1908). „Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac”. Comptes rendus. 145: 759—762. 
  12. ^ F. W. Clarke; W. Ostwald; T. E. Thorpe; G. Urbain (1909). „Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses fuer 1909”. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 42: 11—17. doi:10.1002/cber.19090420104. 
  13. ^ W. Klemm; H. Bommer (1937). „Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231. doi:10.1002/zaac.19372310115. 
  14. ^ а б в A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Berlin: de Gruyter. стр. 1938—1944. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  15. ^ H. T. Hall; J. D. Barnett; L. Merrill (1963). „Ytterbium: Transition at High Pressure from Face-Centered Cubic to Body-Centered Cubic Structure”. Science. 139: 111—112. doi:10.1126/science.139.3550.111. 
  16. ^ A. Jayaraman (1964). „Fusion Curve of Europium, Fusion, and fcc-bcc Transformation in Ytterbium at High Pressures”. Physical Review. 135: A1056—A1059. doi:10.1103/PhysRev.135.A1056. 
  17. ^ E. Bucher; P. Schmidt; et al. (1970). „New First-Order Phase Transition in High-Purity Ytterbium Metal”. Physical Review B. 2: 3911—3917. doi:10.1103/PhysRevB.2.3911. 
  18. ^ Gary Chesnut; Yogesh Vohra (1999). „Structural and Electronic Transitions in Ytterbium Metal to 202 GPa”. Physical Review Letters. 82: 1712—1715. doi:10.1103/PhysRevLett.82.1712. 
  19. ^ Ernst-Christian Koch; Volker Weiser; Evelin Roth; Sebastian Knapp; Stefan Kelzenberg (2012). „Combustion of Ytterbium Metal”. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 37: 9—11. doi:10.1002/prep.201100141. 
  20. ^ Ian McGill (2005). „Rear Earth Elements”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a22_607. 
  21. ^ а б Ytterbium. u: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, pristupljeno dana 20. februara 2012.
  22. ^ G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics. A 729: 3—128. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X. 
  23. ^ R. Halmshaw (1995). Industrial radiology: theory and practice (2 изд.). Springer. стр. 60—61. ISBN 0-412-62780-9. 

ЛитератураУреди

  • Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1

Спољашње везеУреди