الإيتربيوم (Yb): الخصائص والإنتاج والتطبيقات

ا الإيتربيوم، الرمز Yb والرقم الذري 70 ، هو لانثانيد (أو معدن أرضي نادر). إنه معدن فضي اللون ، مطيل وقابل للطرق. على عكس اللانثانيدات الأخرى ، يمكن أن يقدم الإيتربيوم ، في المحلول والمركبات ، عدد التأكسد يساوي +2 (بينما معظم اللانثانيدات تحتوي على أكاسيد النيتروجين فقط تساوي +3).

يعتبر الإيتربيوم عنصرًا له استخدامات قليلة ، ولكن يمكن استخدامه كمحسِّن للفولاذ المقاوم للصدأ ، وفي أجهزة الأشعة السينية المحمولة وفي تكوين الساعات الذرية. يتم إنتاجه عن طريق الاختزال الحراري المعدني ، باستخدام اللانثانم كمعدن مختزل.

لك اكتشف بين القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، على أساس خامات مصدرها مدينة Ytterby ، السويد ، موطن لجميع المعادن الأرضية النادرة تقريبًا. ومع ذلك ، فقد أصبح اسمها رسميًا فقط في بداية القرن العشرين ، وبالتحديد في عام 1909.

اقرأ أيضا: سكانديوم - معدن قادر على صنع سبائك معدنية جيدة

ملخص حول الإيتربيوم

• الإيتربيوم هو معدن ينتمي إلى فئة اللانثانيدات أو المعادن الأرضية النادرة.
• في شكله المعدني ، له لون فضي ولمعان ، بالإضافة إلى كونه مرنًا.
• على الرغم من تقديم أكاسيد النيتروجين +3 ، وهي خاصية اللانثانيدات ، فإنها تعرض أيضًا أكاسيد النيتروجين +2.
• يحدث في الطبيعة ممزوجًا باللانثانيدات الأخرى ، مثل الزينوتيم والفيرغسونيت.
• يتم الحصول عليها من خلال الاختزال باللانثانم.
• لا تزال استخدامات الإيتربيوم محدودة ، ولكن يمكن أن تكون مُحسِّنًا للصلب ويمكن استخدامها في الساعات الذرية.
• تم اكتشافه من الخامات القادمة من مدينة يتربي بالسويد.

خصائص الإيتربيوم

معدن الإيتربيوم ، نقي بنسبة 99.9٪.

• رمز: يب
• العدد الذري: 70
• الكتلة الذرية: 173.054 a.u.u.a.
• كهرسلبية: 1,1
• نقطة الانصهار: 824 درجة مئوية
• نقطة الغليان: 1196 درجة مئوية
• كثافة: 6.903 جم^-3 (α allotrope) ، 6.966 جرام سم^-3 (β متآصل)
• التكوين الإلكترونية: [Xe] 6² 4f¹⁴
• سلسلة كيميائية: المعادن الأرضية النادرة ، اللانثانيدات

خصائص الإيتربيوم

الإيتربيوم ، الرمز Yb ، له لون فضي ولمعان في شكل معدني، بالإضافة إلى كونها ناعمة ومرنة وقابلة للدهن إلى حد ما. على الرغم من كونه مستقرًا نسبيًا ، فمن المثير للاهتمام أن ملف معدن تعبأ في عبوات مغلقة لحمايتها من الهواء والرطوبة. بالمناسبة ، مثل اللانثانيدات الأخرى ، يمكن أن يعاني Yb الإحتراق ملامسة الهواء لتكوين أكسيد الإيتربيوم الثالث:

4 يب + 3 س₂ → 2 يب₂ا₃

ملحوظة: يمكن أيضًا تكوين الأكسيد عن طريق تكليس أملاح الإيتربيوم والهيدروكسيدات.

في محلول الإيتربيوم يمكن أن يحتوي أيضًا على أكاسيد النيتروجين يساوي +3، وهي خاصية مميزة لجميع اللانثانيدات ، ومع ذلك ، مثل اليوروبيوم (الاتحاد الأوروبي) والساماريوم (Sm) ، يمكن أن يقدم الإيتربيوم أكاسيد النيتروجين التي تساوي +2. هذا هو نتيجة لك التكوين الإلكترونية، والتي تنتهي بـ [Xe] 6s² 4f¹⁴. من خلال فقدان إلكترونين من الجزء الفرعي 6s ، تمكنت الطبقة الفرعية 4f المملوءة من ضمان استقرار أيون Yb²⁺.

الإيتربيوم أيضًا له ثلاثة أشكال متآصلة: α (ألفا) ، β (بيتا) و γ (جاما). يوجد شكل ألفا حتى -13 درجة مئوية ، بينما يوجد شكل بيتا في درجة حرارة الغرفة. عند درجة حرارة تزيد عن 795 درجة مئوية ، يتم تكوين شكل جاما. يحتوي الإيتربيوم أيضًا على 33 نظيرًا ، سبعة منها مستقرة.

أين يمكن العثور على الإيتربيوم؟

فيرغسونيت هو خام فئة أكسيد يحتوي على جزء كتلة من عنصر الإيتربيوم.

الإيتربيوم ليس المكون الرئيسي لأي خام. غالبًا ما تحدث اللانثانيدات (والإيتربيوم ليست استثناء) مختلطة في الطبيعة. تعد خامات الباستنايت والمونازيت هي الأكثر استغلالًا تجاريًا لخامات اللانثانيدات ذات الكتلة الأقل. وبالتالي ، فإن الإيتربيوم ، وهو لانثانيد أثقل ، له تركيز كتلي (على شكل Yb₂ا₃) أقل من 0.1٪ فيها.

أهم خامات اللانثانيدات الأثقل هي الزينوتيم (أحد فوسفات الإيتريوم ، YPO₄) ، eudialite ، من مجموعة السيليكات ، و fergusonite ، من فئة الأكسيد. في xenothyme ، تركيز الكتلة (في شكل Yb₂ا₃) من الإيتربيوم 5.8٪ ، بينما في eudialite 2.3٪ ، و fergusonite 1.4٪.

اقرأ أيضا:أصل أسماء ورموز العناصر الكيميائية

الحصول على اليتربيوم

على الرغم من أنه تم الحصول على الإيتربيوم تاريخيًا عن طريق الاختزال باستخدام البوتاسيوم، حاليًا ، أفضل طريقة للحصول عليه هي تقليل اللانثانم في أفران الحث، ما يسمى بتقليل حرارة المعادن. في ذلك ، يتم تقليل أكسيد الإيتربيوم الثالث بفعل اللانثانم ، والحصول على الإيتربيوم في شكل بخار ، والذي يتكثف ويتبلور في نقاط محددة في فرن الحث.

يب₂ا₃ (ق) + 2 لا (ل) → 2 يب (ز) + لا₂ا₃ (س)

يجب أن تكون درجة حرارة التشغيل في حدود 1500 درجة مئوية ، بينما يجب أن يكون الضغط بين 10^-4 و 10^-3 مجرفة.

تطبيقات ytterbium

بعد دراسة قليلة ، لا تزال تطبيقات الإيتربيوم قليلة. واحد منهم هو حقيقة أن الإيتربيوم تحسين خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ المثيرة للاهتمام، مثل القوة والخصائص الميكانيكية الأخرى. النظير ¹⁶⁹يستخدم Yb ، المشع ، في أجهزة الأشعة السينية المحمولة ، ويستخدم في الأماكن التي لا توجد بها كهرباء.

ا النظير ¹⁷⁴يمكن استخدام Yb في ملفات الساعات الذرية، التي تبلغ دقتها ثانية واحدة على الأقل في 50 مليار سنة ، أي أنها ستستغرق 50 مليار سنة حتى تضيع ثانية واحدة من الزمن (زائد أو ناقص).

تاريخ الإيتربيوم

الإيتربيوم بدأ اكتشافه في القرن الثامن عشر، مع مصنع بورسلين سويدي. في عام 1788 ، وصف مالك المصنع ، رينهولد جيجر ، وهو أيضًا كيميائي وعالم معادن ، معدنًا أسود غير مغناطيسي من كثافة يساوي 4.223 ، تم العثور عليه في منجم Ytterby (مدينة سويدية) بواسطة الجيولوجي الهاوي كارل أكسل أرهينيوس. أرسل Arrenhius أيضًا عينة من هذا المعدن إلى البروفيسور يوهان جادولين من Åbo Akademi في فنلندا.

بعد بعض التجارب ، خلص جادولين إلى أن الخام سيحتوي على 31 جزءًا من السيليكا ، و 19 جزءًا من الألومينا (في الواقع البريليوم) ، 12 جزءًا من أكسيد الحديد بالإضافة إلى 38 جزءًا من "الأرض" غير المعروفة (كانت كلمة "الأرض" سابقًا اسمًا لـ "أكاسيد").

في عام 1797 ، قام Anders Gustaf Ekeberg ، الكيميائي من مدينة Uppsala السويدية ، بإعادة تقييم بيانات Gadolin ، وخلص إلى أن الخام يحتوي ، غير صحيح ، على 47.5 جزءًا من الأكسيد الجديد. اقترح Ekeberg الاسم yttersten للمعادن والاسم ytterjord (السويدية) أو الإيتريا (اللاتينية) للأكسيد الجديد.

على مر السنين ، استنتج أن الإيتريا ليس من أكسيد الإيتريوم البسيط. في عام 1843 ، ثبت أن هناك أيضًا أكاسيد الإربيوم والتيربيوم. في عام 1878 ، عزل الكيميائي السويسري جان دي مارينياك اليتيربيا من اليتريا.، تذهب إلى حد القول بأنها ستكون أكسيد لعنصر ثلاثي التكافؤ جديد ، الإيتربيوم ، كتلته المولية 172 جم / مول^-1. ومع ذلك ، في عام 1899 ، في النمسا ، قدم العالمان فرانز إكسنر وإدوارد هاشيك دليلًا طيفيًا على أن إيتربيوم Marignac لم يكن عنصرًا واحدًا.

بعد ست سنوات ، في النمسا أيضًا ، استخدم Carl Auer von Welsbach التبلور الجزئي لفصل الإيتربيوم عن Marignac على عنصرين ، يطلق عليهما Aldebarium و cassiopeium ، ويقدم بيانات الكتلة لكليهما في ديسمبر 1907.

ومع ذلك ، قبل 44 يومًا من نشر ويلسباخ نتائجه ، قدم جورج أوربين لأكاديمية باريس فصل الإيتربيوم إلى عنصرين جديدين: neoterbium و اللوتيتيوم، وتقديم بياناتها الجماعية. ذهب أوربان إلى حد القول إن عمل ويلسباخ يفتقر إلى الأدلة ولم يكن كميًا.

وهكذا ، في عام 1909 ، فضلت اللجنة الدولية للأوزان الذرية (التي كان أوربان عضوًا فيها) تسميات جورج أوربين ، التي تضع نيويربيوم (لاحقًا فقط الإيتربيوم) بكتلة مولارية 172 ز مول^-1 واللوتيتيوم مع الكتلة المولية 174 جم / مول^-1.

بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء