Itérbio

Itérbio
70 Yb
- ↑ Yb ↓ Nenhuma Tabela periódica túlio ← itérbio → lutécio
Aparência
branco prateado
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	itérbio, Yb, 70
Pronúncia	/ ɨ t ɜr b Eu ə m / i- TUR -bee-əm
Categoria Metallic	lantanídeos
Grupo, período, bloco	n / D, 6, f
Peso atômico padrão	173,054 (5)
Configuração eletrônica	[ Xe ] 6s 4f 14 2 2, 8, 18, 32, 8, 2
História
Descoberta	Jean Charles Galissard de Marignac (1878)
Primeiro isolamento	Georges Urbain (1907)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Densidade (perto RT)	6,90 g cm -3 ·
Líquido densidade no pf	6,21 g cm -3 ·
Ponto de fusão	1097 K , 824 ° C, 1515 ° F
Ponto de ebulição	1469 K, 1196 ° C, 2185 ° F
Calor de fusão	7.66 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização	159 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar	26,74 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k em T (K) 736 813 910 1047 (1266) (1465)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	3, 2, 1 ( óxido de base)
Eletronegatividade	? 1,1 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 603,4 kJ · mol -1
	2: 1174,8 kJ · mol -1
	3: 2417 kJ · mol -1
Raio atômico	176 pm
O raio de covalência	187 ± 20:00
Miscelânea
A estrutura de cristal	cúbica de face centrada
Ordenamento magnético	paramagnético
Resistividade elétrica	( RT) (β, poli) 0,250 μΩ · m
Condutividade térmica	38,5 W · m -1 · K -1
Expansão térmica	( RT) (β, poli) 26,3 uM / (mK)
Velocidade do som (haste fina)	(20 ° C) 1.590 m · s -1
O módulo de Young	(Forma β) 23,9 GPa
Módulo de cisalhamento	(Forma β) 9,9 GPa
Massa de módulo	(Forma β) 30,5 GPa
Rácio de Poisson	(Forma β) 0,207
Dureza de Vickers	206 MPa
Dureza Brinell	343 MPa
Número de registo CAS	7440-64-4
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de itérbio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 166 Yb syn 56,7 h ε 0,304 166 Tm 168 Yb 0,13% > 1,3 x 10 14 y α 1,9508 164 Er β + β + 1,4221 168 Er 169 Yb syn 32,026 d ε 0,909 169 Tm 170 Yb 3,04% 170 Yb é estável com 100 nêutrons 171 Yb 14,28% 171 Yb é estável com 101 nêutrons 172 Yb 21,83% 172 Yb é estável com 102 nêutrons 173 Yb 16,13% 173 Yb é estável com 103 nêutrons 174 Yb 31,83% 174 Yb é estável com 104 nêutrons 175 Yb syn 4,185 d β - 0.470 175 Lu 176 Yb 12,76% > 1,6 × 10 17 y α 0,570 172 Er β - β - 1.083 176 Hf 177 Yb syn 1.911 h β - 1.399 177 Lu

Itérbio é um elemento químico com o símbolo Yb e número atômico 70. É o elemento décimo quarto e penúltimo na lanthanide série, ou o último elemento da f-bloco, que constitui a base da estabilidade relativa do 2 estado de oxidação . No entanto, como os outros lantanídeos, o estado de oxidação mais comum é 3, visto na sua óxido, haletos e outros compostos. Em solução aquosa, tais como os compostos de outros lantanídeos final, os compostos de itérbio formar complexos solúveis com nove moléculas de água. Devido à sua configuração de electrões concha fechada, os seus pontos de densidade e ponto de fusão e ponto de ebulição diferem daquelas dos outros lantanídeos.

Em 1878, o químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac separados na terra rara "érbia" outro componente independente, que ele chamou de "ytterbia", para Ytterby, a aldeia em Suécia , perto de onde ele encontrou o novo componente de érbio . Ele suspeitava que ytterbia era um composto de um novo elemento que ele chamou de "itérbio" (no total, quatro elementos foram nomeados após a aldeia, sendo os outros ítrio , térbio e érbio). Em 1907, a nova terra "lutecia" foi separado do ytterbia, a partir do qual o elemento "lutecium" (agora lutécio ) foi extraído por Georges Urbain, Carl Auer von Welsbach, e Charles James. Depois de alguma discussão, o nome "itérbio" de Marignac foi mantida. Uma amostra relativamente pura do metal foi obtido apenas em 1953. Actualmente, itérbio é usado principalmente como um dopante de aço inoxidável ou mídia a laser ativa, e menos frequentemente como um fonte de raios gama.

Itérbio natural é uma mistura de sete isótopos estáveis, que em conjunto estão presentes em concentrações de 3 partes por milhão. Este elemento é extraído na China, Estados Unidos, Brasil e Índia em forma de minerais monazita, euxenita, e xenotime. A concentração de itérbio é baixa, porque o elemento é encontrado entre muitos outros elementos de terras raras; além disso, ele está entre os menos abundantes. Uma vez extraído e preparado, itérbio é um tanto perigoso como um olho e pele irritante. O metal é um risco de incêndio e explosão.

Características

Propriedades físicas

Itérbio é um pano macio, maleável e dúctil elemento químico que exibe um prateado brilhante brilho quando na sua forma pura. É um terra-rara, e é prontamente atacado e dissolvido pela forte ácidos minerais. Ele reage lentamente com frio água e oxida-se lentamente no ar.

Itérbio tem três allotropes marcados pelas letras gregas alfa, beta e gama; as suas temperaturas de transformação são -13 ° C e 795 ° C, embora a temperatura exacta depende da transformação pressão e stress. O alótropo beta existe, à temperatura ambiente, e tem uma cúbica de face centrada estrutura cristalina. A gama allotrope de alta temperatura tem um corpo centrado estrutura cristalina cúbica. O allotrope alfa tem uma estrutura cristalina hexagonal e é estável a temperaturas baixas. Normalmente, o beta tem um alótropo metálico condutividade eléctrica, mas torna-se um semicondutor , quando exposto a uma pressão de cerca de 16.000 (1,6 atmosferas ACP). Sua elétrica resistividade aumenta dez vezes quando da compressão para 39.000 atmosferas (3,9 GPa), mas, em seguida, cai para cerca de 10% da sua resistividade à temperatura ambiente a cerca de 40.000 atmosferas (4,0 GPa).

Em contraste com os outros metais de terras raras, que têm geralmente antiferromagnetic e / ou propriedades ferromagnéticas a baixas temperaturas , é itérbio paramagnético a temperaturas acima de 1,0 Kelvin . No entanto, o alfa é alótropo diamagnetic. Com um ponto de fusão de 824 ° C e um ponto de ebulição de 1196 ° C, itérbio tem o menor intervalo de líquido de todos os metais.

O itérbio tem uma densidade de 6,973 g / ^cm3, o que é significativamente mais baixo do que aqueles dos lantanídeos vizinhos, túlio (9,32 g / cm ³⁾ e lutécio (9,841 g / cm ^3). Os seus pontos de fusão e de ebulição são também significativamente mais baixos do que os de túlio e de lutécio. Isto é devido à configuração de concha fechada electrões de itérbio ([Xe] 6s 4f ^{14 2),} o que faz com que só os dois 6s electrões para estar disponível para ligação metálica (em contraste com os outros lantanídeos onde três elétrons estão disponíveis) e reduz itérbio de raio metálico.

Propriedades químicas

De metal itérbio mancha lentamente no ar. Itérbio finamente dispersa facilmente oxida no ar e sob oxigênio. Misturas de itérbio em pó com politetrafluoretileno ou hexacloroetano queimar com um verde-esmeralda chama luminosa. Itérbio reage com hidrogénio para formar várias não-estequiométrica hidretos. Itérbio se dissolve lentamente na água, mas rapidamente nos ácidos, libertando hidrogénio gasoso.

O itérbio é bastante electropositiva, e reage lentamente com água fria e bastante rapidamente com a água quente para formar itérbio (III) de hidróxido de:

Yb 2 (s) + 6 _H2O (l) → Yb 2 (OH) ₃ (aq) + 3H ₂ (g)

Itérbio reage com todos os halogéneos :

Yb 2 (s) + 3 F ₂ (g) → 2 YBF ₃ (s) [branco]

Yb 2 (s) + 3 _Cl2 (g) → 2 YbCl ₃ (s) [branco]

Yb 2 (s) + 3 Br ₂ (g) → 2 YbBr ₃ (s) [branco]

Yb 2 (s) + 3 I ₂ (g) → 2 YBI ₃ (s) [branco]

O itérbio (III), ião absorve luz no gama de comprimentos de onda do infravermelho próximo, mas não em luz visível , de modo que o mineral ytterbia, Yb ₂ O _3, é de cor branca e os sais de itérbio também são incolores. Itérbio dissolve prontamente em diluída de ácido sulfúrico para formar soluções que contêm os iões incolores Yb (III), que existem como complexos nonahydrate:

Yb 2 (s) + 3 H ₂ SO ₄ (aq) → 2 [Yb _{(H2O) 9]} ³⁺ (aq) + SO 3 2-
4 (aq) + 3H ₂ (g)

Yb (II) vs Yb (III)

Embora geralmente trivalente, itérbio forma prontamente compostos divalentes. Esse comportamento é incomum para a maioria dos lantanídeos , que formam quase exclusivamente compostos com um estado de oxidação de +3. O estado 2 tem uma valência configuração electrónica de 4 f ¹⁴ porque o f -shell totalmente preenchido proporciona mais estabilidade. O itérbio verde-amarelo (II) de íons é muito forte e decompõe-se o agente redutor de água, libertando hidrogénio gás, e, portanto, apenas o itérbio incolor (III) ocorre no ião solução aquosa. samário e túlio também comportar-se desta forma no estado 2, mas európio (II) é estável em solução aquosa. Itérbio (II) apresenta um comportamento semelhante ao de európio (II) e os metais alcalino-terrosos, dissolvendo-se em amoníaco para formar azul sais electride.

Isótopos

Itérbio Natural é composto por sete estáveis isótopos : ¹⁶⁸ Yb, ¹⁷⁰ Yb, ¹⁷¹ Yb, ¹⁷² Yb, ¹⁷³ Yb, ¹⁷⁴ Yb, e ¹⁷⁶ Yb, com ¹⁷⁴ Yb sendo o isótopo mais abundante, com 31,8% do abundância natural). 27 radioisótopos foram observados, com os mais estáveis sendo ¹⁶⁹ Yb com uma semi-vida de 32,0 dias, ¹⁷⁵ Yb, com uma semi-vida de 4,18 dias, Yb e ¹⁶⁶ com uma meia-vida de 56,7 horas. Todas as suas restantes isótopos radioativos apresentam meias-vidas que são menos de duas horas ea maioria destes com meias-vidas são menos de 20 minutos. O itérbio também tem 12 meta estados, com ^169m estar mais estável Yb (t _½ 46 segundo).

Os isótopos de itérbio gama em peso atômico de 147.9674 unidade de massa atômica (u) para ¹⁴⁸ Yb para 180,9562 u para ¹⁸¹ Yb. O primário modo de decaimento de isótopos de itérbio mais leve do que o isótopo estável mais abundante, ¹⁷⁴ Yb, é a captura eletrônica, eo primeiro modo de decaimento para aqueles mais pesados do que ¹⁷⁴ Yb é decaimento beta. O primário produtos de decaimento de isótopos de itérbio mais leve do que ¹⁷⁴ Yb são thulium isótopos, e os primeiros produtos de decaimento de isótopos de itérbio com mais pesado do que ¹⁷⁴ Yb são lutécio isótopos.

Ocorrência

Euxenita

O itérbio é encontrado com outra elementos de terras raras em diversas raras minerais . É mais freqüentemente recuperado comercialmente a partir de areia monazítica (0,03% itérbio). O elemento também é encontrada em euxenite e xenotime. As principais áreas de mineração são a China , a Estados Unidos , Brasil , Índia , Sri Lanka e Austrália ; e as reservas de itérbio são estimados como um milhão toneladas. O itérbio é normalmente difícil de separar de outras terras raras, mas de troca iônica e técnicas de extração de solvente desenvolvidas no meio para o fim do século 20 têm simplificado separação. Conhecidos compostos de itérbio são raros e ainda não foram bem caracterizadas. A abundância de itérbio na crosta da Terra é de cerca de 3 mg / kg.

Como um lantanídeo de número par, de acordo com o Regra Oddo-Harkins, itérbio é significativamente mais abundante do que os seus vizinhos imediatos, túlio e lutécio , que ocorrem no mesmo concentrado em níveis de cerca de 0,5% cada. A produção mundial de itérbio é de apenas cerca de 50 toneladas por ano, o que reflecte o facto de itérbio tem poucas aplicações comerciais. Traços microscópicos de itérbio são usados como um dopante na Yb: YAG, um laser de estado sólido em que itérbio é o elemento que sofre emissão estimulada de radiação electromagnética .

Produção

É um pouco difícil de itérbio separado de outros lantanídeos, devido às suas propriedades semelhantes. Como resultado, o processo é um tanto longo. Em primeiro lugar, os minerais, tais como monazita ou xenotime são dissolvidos em diversos ácidos, tais como ácido sulfúrico . O itérbio pode então ser separado de outros lantanídeos pela troca iônica, assim como outros lantanídeos. A solução é então aplicada a um resina, que diferentes lantanídeos ligação para em matéria diferentes. Este é então dissolvido usando agentes complexantes, e devido aos diferentes tipos de ligação exibida pelos diferentes lantanídeos, é possível isolar os compostos.

O itérbio é separada de outras terras raras ou por de permuta iónica ou por redução com amálgama de sódio. Neste último método, uma solução ácida tamponada de terras raras trivalentes é tratada com liga de mercúrio-sódio fundido, o que reduz e dissolve Yb ^3+. A liga é tratada com ácido clorídrico. O metal é extraído da solução de oxalato e convertido em óxido por meio de aquecimento. O óxido de metal é reduzido a pelo aquecimento com lantânio , alumínio , cério ou de zircónio , em alto vácuo. O metal é purificado por sublimação e recolhidos ao longo de uma placa de condensado.

Compostos

Óxido de itérbio (III)

O comportamento químico de itérbio é semelhante à do resto dos lantanídeos . A maioria dos compostos de itérbio são encontrados no estado de oxidação +3 e os seus sais, neste estado de oxidação são quase incolor. Como európio , samário , e túlio , os tri-halogenetos de itérbio pode ser reduzido por hidrogénio , zinco pó, ou por meio da adição de itérbio metálico para os di-halogenetos. O estado de oxidação +2 só ocorre em compostos sólidos e reage em alguns aspectos semelhante aos metais alcalino-terrosos compostos; por exemplo, o itérbio (II) de óxido de (YBO) mostra a mesma estrutura que óxido de cálcio (CaO).

Halides

A estrutura de cristal de óxido de itérbio (III)

Formas itérbio ambos os di-halogenetos de tri-halogenetos e com o halogéneos o flúor , cloro , bromo , e iodo . Os dialogenetos são suscetíveis à oxidação às trialogenetos à temperatura ambiente e desproporcionados em relação aos trialogenetos e itérbio metálico em alta temperatura:

3 YBX ₂ → 2 YBX ₃ + Yb (X = F , Cl , Br , I )

Alguns halogenetos de itérbio são utilizados como reagentes síntese orgânica. Por exemplo, itérbio (III) cloreto de (YbCl ₃₎ é um Ácido de Lewis, e pode ser usado como um catalisador no aldólica e Reações de Diels-Alder. Itérbio (II) de iodeto de (YBI ₂₎ pode ser usado, como samário (II) de iodeto, como um agente redutor para reacções de acoplamento. Itérbio (III), fluoreto (YBF ₃₎ é usado como um inerte e não-tóxico enchimento de dente, pois libera continuamente íons de flúor, que é bom para a saúde dental, e também é uma boa Raios-X agente de contraste.

Óxidos

Itérbio reage com o oxigénio para formar óxido de itérbio (III) (Yb ₂ O _3), que cristaliza na estrutura de "terras raras do tipo C sesquióxido", que está relacionada com a estrutura fluorita com um quarto dos ânions removidos, conduzindo a átomos de itérbio em dois seis coordenar diferentes ambientes (não-octaédricos). O itérbio (III) óxido pode ser reduzida para itérbio (II) de óxido de (YBO) com itérbio elementar, o qual cristaliza com a mesma estrutura como cloreto de sódio .

História

Jean Charles Galissard de Marignac

Itérbio foi descoberto pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac no ano de 1878. Ao examinar amostras de gadolinite, Marignac descobriu um novo componente na terra então conhecida como érbia, e ele nomeou-ytterbia, para Ytterby, o sueco aldeia perto de onde ele encontrou o novo componente de érbio. Marignac suspeitava que ytterbia era um composto de um elemento novo que ele chamou de "itérbio".

Em 1907, o químico francês Georges Urbain separou ytterbia de Marignac em dois componentes: neoytterbia e lutecia. Neoytterbia mais tarde se tornaria conhecido como o itérbio elemento, e lutecia mais tarde seria conhecido como o elemento lutécio . O químico austríaco Carl Auer von Welsbach isolado independentemente desses elementos de ytterbia mais ou menos na mesma época, mas ele os chamou aldebaranium e cassiopeium; o químico americano Charles James também isolado de forma independente desses elementos mais ou menos ao mesmo tempo. Urbain e Welsbach acusaram mutuamente de publicar resultados com base em outra parte. A Comissão de massa atômica, que consiste em Frank Wigglesworth Clarke, Wilhelm Ostwald, e Georges Urbain, que era então responsável pela atribuição de novos nomes de elementos, resolveu a disputa em 1909, concedendo prioridade ao Urbain e adotando seus nomes como os oficiais, com base no fato de que a separação de lutécio do itérbio de Marignac era descrita pela primeira vez por Urbain; depois de nomes de Urbain foram reconhecidos, neoytterbium foi revertido para itérbio.

As propriedades químicas e físicas de itérbio não pôde ser determinado com precisão até 1953, quando a primeira quase puro itérbio metal foi produzido usando processos de troca iônica. O preço de itérbio foi relativamente estável entre 1953 e 1998 em cerca de US $ 1.000 / kg.

Aplicações

Doping de aço inoxidável

O itérbio também pode ser utilizado como um dopante para ajudar a melhorar o refinamento de grão, força e outras propriedades mecânicas de aço inoxidável. Alguns itérbio ligas foram raramente usados em odontologia.

Outros

De metal itérbio aumenta a sua resistividade elétrica quando submetidas a altas tensões. Esta propriedade é usada em medidores de estresse para monitorar deformações de terra de terremotos e explosões.

As ondas de luz vibrar mais rápido do que as microondas, e, portanto, relógios ópticos podem ser mais preciso do que o de césio relógios atômicos. O Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) está trabalhando em vários desses relógios ópticos. O modelo com um único ião itérbio pego em uma armadilha de íons é altamente preciso. O relógio óptico baseado nele é exato para 17 dígitos depois do ponto decimal.

Atualmente, itérbio está sendo investigado como um possível substituto para o magnésio em cargas de alta densidade de pirotecnia para cinemática flares infravermelhos. Como itérbio (III) óxido tem uma significativamente maior emissividade na faixa do infravermelho de óxido de magnésio, uma maior intensidade radiante é obtida com cargas à base de itérbio, em comparação com aqueles normalmente baseado em magnésio / Teflon / Viton (MTV).

Precauções

Embora itérbio é bastante estável quimicamente, que é armazenado em recipientes estanques ao ar e numa atmosfera inerte, tal como uma caixa seca cheia de azoto para proteger o metal do ar e da humidade. Todos os compostos de itérbio são tratados como altamente tóxico, embora estudos iniciais parecem indicar que o perigo é mínimo. Compostos de itérbio são, no entanto, conhecido por causar irritação na pele e nos olhos humanos, e alguns podem ser teratogênico. Poeira itérbio metálico pode entrar em combustão espontânea, e os fumos resultantes são perigosos. Fogos de itérbio não pode ser extinto usando água, e só classe D químico seco extintores de incêndio pode extinguir os incêndios.