
Itérbio
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Itérbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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70 Yb | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Aparência | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
branco prateado ![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades gerais | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nome, sÃmbolo, número | itérbio, Yb, 70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pronúncia | / ɨ t ɜr b Eu ə m / i- TUR -bee-əm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Categoria Metallic | lantanÃdeos | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo, perÃodo, 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 fÃsicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade (perto RT) | 6,90 g cm -3 · | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
LÃquido 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 calorÃfica molar | 26,74 J · · mol -1 K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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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 Â· 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Itérbio é um elemento quÃmico com o sÃmbolo 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 lantanÃdeos, 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 lantanÃdeos 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 lantanÃdeos.
Em 1878, o quÃmico suÃço 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 Ãtrio , térbio e érbio). Em 1907, a nova terra "lutecia" foi separado do ytterbia, a partir do qual o elemento "lutecium" (agora lutécio ) foi extraÃdo 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 mÃdia 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 extraÃdo na China, Estados Unidos, Brasil e Ã?ndia 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 extraÃdo e preparado, itérbio é um tanto perigoso como um olho e pele irritante. O metal é um risco de incêndio e explosão.
CaracterÃsticas
Propriedades fÃsicas
Itérbio é um pano macio, maleável e dúctil elemento quÃmico 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 lÃquido de todos os metais.
O itérbio tem uma densidade de 6,973 g / cm3, o que é significativamente mais baixo do que aqueles dos lantanÃdeos 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 disponÃvel para ligação metálica (em contraste com os outros lantanÃdeos onde três elétrons estão disponÃveis) e reduz itérbio de raio metálico.
Propriedades quÃmicas
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 visÃvel , 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 diluÃda 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 lantanÃdeos , 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 Ãons 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 amonÃaco 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


O itérbio é encontrado com outra elementos de terras raras em diversas raras minerais . É mais freqüentemente recuperado comercialmente a partir de areia monazÃtica (0,03% itérbio). O elemento também é encontrada em euxenite e xenotime. As principais áreas de mineração são a China , a Estados Unidos , Brasil , Ã?ndia , Sri Lanka e Austrália ; e as reservas de itérbio são estimados como um milhão toneladas. O itérbio é normalmente difÃcil 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 lantanÃdeo 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 nÃveis 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 difÃcil de itérbio separado de outros lantanÃdeos, devido à s 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 lantanÃdeos pela troca iônica, assim como outros lantanÃdeos. A solução é então aplicada a um resina, que diferentes lantanÃdeos ligação para em matéria diferentes. Este é então dissolvido usando agentes complexantes, e devido aos diferentes tipos de ligação exibida pelos diferentes lantanÃdeos, é possÃvel 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 clorÃdrico. O metal é extraÃdo da solução de oxalato e convertido em óxido por meio de aquecimento. O óxido de metal é reduzido a pelo aquecimento com lantânio , alumÃnio , cério ou de zircónio , em alto vácuo. O metal é purificado por sublimação e recolhidos ao longo de uma placa de condensado.
Compostos


O comportamento quÃmico de itérbio é semelhante à do resto dos lantanÃdeos . 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


Formas itérbio ambos os di-halogenetos de tri-halogenetos e com o halogéneos o flúor , cloro , bromo , e iodo . Os dialogenetos são suscetÃveis à oxidação à s trialogenetos à temperatura ambiente e desproporcionados em relação aos trialogenetos e itérbio metálico em alta temperatura:
Alguns halogenetos de itérbio são utilizados como reagentes sÃntese orgânica. Por exemplo, itérbio (III) cloreto de (YbCl 3) é um Ã?cido 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 Ãons 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


Itérbio foi descoberto pelo quÃmico suÃço 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 quÃmico 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 quÃmico austrÃaco Carl Auer von Welsbach isolado independentemente desses elementos de ytterbia mais ou menos na mesma época, mas ele os chamou aldebaranium e cassiopeium; o quÃmico 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 quÃmicas e fÃsicas 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 Ãons é altamente preciso. O relógio óptico baseado nele é exato para 17 dÃgitos depois do ponto decimal.
Atualmente, itérbio está sendo investigado como um possÃvel 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 mÃnimo. 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 quÃmico seco extintores de incêndio pode extinguir os incêndios.