Yterbi

Yterbi là một nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm Lanthan có ký hiệu Yb và số nguyên tử 70. Yterbi là kim loại màu trắng bạc mềm được tìm thấy trong các khoáng vật gadolinit, monazit, và xenotim. Nguyên tố này đôi khi đi cùng với ytri hoặc các nguyên tố liên quan khác và được dùng trong các loại thép nhất định. Yterbi tự nhiên là hỗn hợp của 7 đồng vị ổn định. Yterbi-169 là một đồng vị nhân tạo, được dùng làm nguồn tạo tia gamma.

Yterbi, 70Yb
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Yterbi, Yb
Phiên âm	/ˈtɜːrbiəm/ i-TER-bee-əm
Hình dạng	Bạc trắng
Yterbi trong bảng tuần hoàn
- ↑ Yb ↓ No Thuli ← Yterbi → Luteti
Số nguyên tử (Z)	70
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	173,054(5)
Phân loại	họ lanthan
Nhóm, phân lớp	n/a, f
Chu kỳ	Chu kỳ 6
Cấu hình electron	[Xe] 4f14 6s2
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 8, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Bạc trắng
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1097 K ​(824 °C, ​1515 °F)
Nhiệt độ sôi	1469 K ​(1196 °C, ​2185 °F)
Mật độ	6,90 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 6,21 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	7,66 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	159 kJ·mol−1
Nhiệt dung	26,74 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 736 813 910 1047 (1266) (1465)
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	3, 2 ​base
Độ âm điện	? 1,1 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 603,4 kJ·mol−1 Thứ hai: 1174,8 kJ·mol−1 Thứ ba: 2417 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 176 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	187±8 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương tâm mặt
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 1590 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	(r.t.) (β, poly) 26,3 µm·m−1·K−1
Độ dẫn nhiệt	38,5 W·m−1·K−1
Điện trở suất	(r.t.) (β, poly) 0,250 µ Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ
Mô đun Young	(Dạng β) 23,9 GPa
Mô đun cắt	(Dạng β) 9,9 GPa
Mô đun khối	(Dạng β) 30,5 GPa
Hệ số Poisson	(Dạng β) 0,207
Độ cứng theo thang Vickers	206 MPa
Độ cứng theo thang Brinell	343 MPa
Số đăng ký CAS	7440-64-4
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Yterbi
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 166Yb Tổng hợp 56,7 giờ ε 0.304 166Tm 168Yb 0.13% 168Yb ổn định với 98 neutron 169Yb Tổng hợp 32,026 ngày ε 0.909 169Tm 170Yb 3.04% 170Yb ổn định với 100 neutron 171Yb 14.28% 171Yb ổn định với 101 neutron 172Yb 21.83% 172Yb ổn định với 102 neutron 173Yb 16.13% 173Yb ổn định với 103 neutron 174Yb 31.83% 174Yb ổn định với 104 neutron 175Yb Tổng hợp 4,185 ngày β- 0.470 175Lu 176Yb 12.76% 176Yb ổn định với 106 neutron 177Yb Tổng hợp 1,911 giờ β- 1.399 177Lu

Tính chất

Tính chất vật lý

Yterbi là một nguyên tố mềm, dễ uốn và dễ kéo có ánh bạc lấp lánh. Là nguyên tố đất hiếm, nó dễ hòa tan trong các axit vô cơ, phản ứng chậm với nước và bị oxy hóa chậm trong không khí.

Yterbi có 3 dạng thù hình gọi là alpha, beta và gamma, và các điểm chuyển đổi hình dạng ở −13 °C và 795 °C. Dạng beta tồn tại ở nhiệt độ phòng và có cấu trúc tinh thể tâm mặt trong khi dạng gamma tồn tại ở nhiệt độ cao hơn có cấu trúc tâm khối.

Thông thường dạng beta có độ dẫn diện giống kim loại, nhưng nó trở thành bán dẫn khi ở áp suất khoảng 16.000 atm (1,6 GPa). Điện trở suất của nó tăng gấp 10 lần ở 39.000 atm (3,9 GPa) nhưng giảm liên tục, khoảng 10% so với giá trị ở nhiệt độ phòng tại 40.000 atm (4 GPa).

Trái ngược với các kim loại đất hiếm khác, thường chúng mang tính chất phản sắt từ hoặc sắt từ ở nhiệt độ thấp, Yb có tính thuận từ ở các giá trị nhiệt độ lớn hơn 1 K.

Nó có điểm nóng chảy ở 824 °C và điểm sôi ở 1196 °C: điều này làm cho nó có khoảng hóa lỏng hẹp so với các kim loại khác.

Tính chất hóa học

Kim loại ytterbi xỉn chậm khi tiếp xúc với không khí và dễ cháy ở 200 °C tạo ra ytterbi(III) oxit (Yb₂O₃) hoặc ytterbi(II) oxit (YbO) kém bền hơn.

Yterbi có khả năng nhường điện tử, phản ứng chậm với nước lạnh và phản ứng nhanh với nước ấm tạo thành ytterbi hydroxide:

2Yb (r) + 6H₂O (l) → 2Yb(OH)₃ (dd) + 3H₂ (k)

Kim loại Yterbi phản ứng với tất cả halogen:

2Yb (r) + 3F₂ (k) → 2YbF₃ (r) [trắng]

2Yb (r) + 3Cl₂ (k) → 2YbCl₃ (r) [trắng]

2Yb (r) + 3Br₂ (k) → 2YbBr₃ (r) [trắng]

2Yb (r) + 3I₂ (k) → 2YbI₃ (r) [trắng]

Các ion ytterbi(III) hấp thụ ánh sáng trong dãi quang phổ hồng ngoại gần, nhưng không hấp thụ dãi phổ ánh sáng nhìn thấy nên nó có màu trắng, và các anion không màu của các muối ytterbi cũng không màu. Yterbi dễ hòa tan trong axit sulfuric loãng tạo thành các dung dịch chứa các ion Yb(III) không màu, tồn tại ở dạng phức [Yb(H₂O)₉]³⁺:

2Yb (r) + 3H₂SO₄ (dd) → 2Yb³⁺ (dd) + 3SO₄^2- (dd) + 3H₂ (k)

Các hợp chất

Yterbi có phản ứng hóa học tương tự như các nguyên tố trong nhóm Lanthan. Hầu hết các hợp chất được tìm thấy có trạng thái oxy hóa +3, các muối ở trạng thái này gần như không màu. Giống europi, samari hoặc thuli, các trihalogen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử bởi hydro bằng các thêm vào kim loại tạo ra các dihalogen, ví dụ như YbCl₂. Trạng thái +2 phản ứng tương tự với các hợp chất của kim loại kiềm thổ, ví dụ như Yterbi(II) oxit (YbO) có cùng cấu trúc như calci oxit (CaO).

• Các halide: YbCl₂, YbBr₃, YbCl₃, YbF₃
• Oxit: Yb₂O₃

Các đồng vị

Bài chi tiết: Đồng vị của ytterbi

Yterbi trong tự nhiên là hợp phần của 7 đồng vị bền: Yb-168, Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174, và Yb-176, trong đó Yb-174 là đồng vị phổ biến nhất chiếm 31,83%. 27 đồng vị phóng xạ đã được phát hiện, trong đó đồng vị ổn định nhất là Yb-169 có chu kỳ bán rã 32,026 ngày, Yb-175 là 4,185 ngày, và Yb-166 là 56,7 giờ. Tất cả đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 2 giờ, và đa số trong đó có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 20 phút. Nguyên tố này có 12 đòng vị ổn định giả, trạng thái ổn định nhất là Yb-169m (t_½ 46 giây).

Khối lượng nguyên tử của các đồng vị ytterbi nằm trong khoảng từ 147,9674 u (Yb-148) đến 180,9562 u (Yb-181). Cơ chế phân rã chủ yếu trước đồng vị ổn định nhất Yb-174 là bắt điện tử, và cơ chế chủ yếu sau là phát tia beta. Các sản phẩm phân rã chủ yếu trước Yb-174 là các đồng vị của nguyên tố 69 (thuli), và sau là các đồng vị của nguyên tố 71 (luteti). Về lĩnh vực quang lượng tử, các đồng vị ytterbi khác nhau tuân theo hoặc là Bose-Einstein statistics hoặc là Fermi-Dirac statistics, dẫn đến ứng xử thú vị trong các ô mạng quang học.

Lịch sử

Yterbi được nhà hóa học Thụy Điển Jean Charles Galissard de Marignac phát hiện năm 1878. Marignac đã tìm thấy một thành phần mới trong đất sau đó được gọi là erbia và đặt tên nó là ytterbia (theo tên Ytterby, một ngôi làng ở Thụy Điển nơi ông tìm thấy thành phần mới này). Ông nghi ngờ rằng ytterbia là một hỗn hợp của nguyên tố mới mà ông gọi là ytterbi.

Năm 1907, nhà hóa học người Pháp Georges Urbain tách ytterbia của Marignac thành hai thành phần: neoytterbia và lutecia. Neoytterbia có thể sau này được gọi là nguyên tố ytterbi, và lutecia có thể là nguyên tố luteti. Cùng lúc đó, Auer von Welsbach đã tách hoàn toàn các nguyên tố này từ ytterbia, nhưng ông gọi chúng là aldebarani và cassiopei.

Các tính chất vật lý và hóa học của ytterbi đã không được xác định mãi cho đến năm 1953 khi ytterbi gần như tinh khiết đầu tiên được sản xuất. Giá ytterbi tương đối ổn định khoảng 1.000 USD/kg từ khoảng năm 1953 và 1998.

Xem thêm

• Erbi
• Terbi
• Ytri

Đọc thêm

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

Liên kết ngoài

• It's Elemental – Ytterbium