Razlika između verzija stranice "Iterbij"

Uredi veze
S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Pregled historije
[pregledana izmjena][pregledana izmjena]
← Starija izmjenaNovija izmjena →
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
VizualnoWikitekst
No edit summary
No edit summary
Red 146: Red 146:


Dobijanje metalnog iterbija može se izvoditi elektrolizom istopljenih spojeva iterbij(III)-fluorida i iterbij(III)-hlorida, sa alkalnim ili zemnoalkalnim halogenidima do redukcije pri tački topljenja, te tečnim [[kadmij]]em ili [[cink]]om kao katodom. Osim ove, iterbij se može dobiti i metalotermičkom redukcijom iterbij(III)-fluorida sa [[kalcij]]em ili [[Iterbij(III)-oksid|iterbij(III)-oksida]] sa lantanom ili [[cerij]]em. Ako se ova posljednja reakcija izvodi u [[vakuum]]u, iterbij se mora [[destilacija|destilirati]] te se tako može odvojiti od drugih lantanoida.<ref name="Ullmann" />
Dobijanje metalnog iterbija može se izvoditi elektrolizom istopljenih spojeva iterbij(III)-fluorida i iterbij(III)-hlorida, sa alkalnim ili zemnoalkalnim halogenidima do redukcije pri tački topljenja, te tečnim [[kadmij]]em ili [[cink]]om kao katodom. Osim ove, iterbij se može dobiti i metalotermičkom redukcijom iterbij(III)-fluorida sa [[kalcij]]em ili [[Iterbij(III)-oksid|iterbij(III)-oksida]] sa lantanom ili [[cerij]]em. Ako se ova posljednja reakcija izvodi u [[vakuum]]u, iterbij se mora [[destilacija|destilirati]] te se tako može odvojiti od drugih lantanoida.<ref name="Ullmann" />

== Osobine ==
=== Fizičke ===
Kao i drugi lantanoidi, iterbij je također srebrenasto-svijetli, mehki [[teški metal]]. On ima neuobičajeno nisku gustoću od 6,973 g/cm<sup>3</sup>, što je znatno manje od [[gustoća]] susjednih lantanoida poput [[tulij]]a odnosno lutecija odnosno približno gustoćama [[neodij]]a ili [[prazeodij]]a. Slična usporedba vrijedi i za neuobičajeno nisku [[tačka topljenja|tačku topljenja]] od 824 °C i tačku ključanja od 1430 °C (za lutecij: tačka topljenja 1652 °C, a ključanja 3330 °C). Ove vrijednosti su u određenoj protivrječnosti sa uobičajenom [[kontrakcija lantanoida|kontrakcijom lantanoida]] a uzrok joj je [[elektronska konfiguracija]] iterbija [Xe] 4f<sup>14</sup> 6s<sup>2</sup>. Zbog potpuno popunjenje f-ljuske, za metalnu vezu dostupna su samo dva valentna elektrona, pa dolazi do znatno slabijih sila veze i znatno većeg atomskog radijusa metala.<ref name="HoWi1938" />

Postoji tri različite [[kristalna struktura|kristalne strukture]] pri atmosferskom pritisku kao i druge tri visokotlačne modifikacije iterbija. Na sobnoj temperaturi, metal se kristalizira u [[Kubični kristalni sistem|kubičnom gusto složenom]] kristalnom sistemu sa parametrom rešetke a = 548,1 pm.<ref name="Barnett"/> Pri višim temperaturama i pritiscima ova struktura prelazi u kubično-unutarcentrirani kuglasti sistem, s tim da pri atmosferskom pritisku, temperatura prelaska iznosi oko 770 °C; dok pri sobnoj temperaturi, pritisak prelaska iznosi 4 GPa.<ref name="Jayaramana"/> Na niskim temperaturama stabilna je heksagonalna najgušća struktura, pri čemu se strukturalni fazni prijelaz nalazi između 0 i 45 °C, koji jako mnogo zavisi od čistoće, pritiska i naprezanja unutar metala. Ove faze imaju različit [[magnetizam]]. Dok je heksagonalna faza dijamagnetična (što je i očekivano zbog potpuno popunjene orbitale), kubična pločno-centrirana struktura iskazuje paramagnetične osobine (vjerovatno zbog malog broja Yb<sup>3+</sup> iona u metalu).<ref name="Bucher"/>

=== Hemijske ===


== Reference ==
== Reference ==
{{refspisak|2|refs=
{{refspisak|2|refs=
<ref name="Bucher">E. Bucher, P. Schmidt, A. Jayaraman, K. Andres, J. Maita, K. Nassau, P. Dernier: ''New First-Order Phase Transition in High-Purity Ytterbium Metal.'' u: ''Physical Review B.'' 2, 1970, str. 3911–3917, {{doi|10.1103/PhysRevB.2.3911}}</ref>
<ref name="Jayaramana">A. Jayaraman: ''Fusion Curve of Europium, Fusion, and fcc-bcc Transformation in Ytterbium at High Pressures.'' u: ''Physical Review.'' 135, 1964, str. A1056–A1059, {{doi|10.1103/PhysRev.135.A1056}}</ref>
<ref name="Barnett">H. T. Hall, J. D. Barnett, L. Merrill: ''Ytterbium: Transition at High Pressure from Face-Centered Cubic to Body-Centered Cubic Structure.'' u: ''Science.'' 139, 1963, str. 111–112, {{doi|10.1126/science.139.3550.111}}</ref>
<ref name="HoWi1938">A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie''. 102. izd. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, str. 1938–1944.</ref>
<ref name="Marsh">Joseph K. Marsh: ''4. Rare-earth metal amalgams. Part III. The separation of ytterbium from its neighbours.'' u: ''Journal of the Chemical Society (Resumed).'' 1943, str. 8, {{doi|10.1039/JR9430000008}}</ref>
<ref name="Marsh">Joseph K. Marsh: ''4. Rare-earth metal amalgams. Part III. The separation of ytterbium from its neighbours.'' u: ''Journal of the Chemical Society (Resumed).'' 1943, str. 8, {{doi|10.1039/JR9430000008}}</ref>
<ref name="Hubicka">Halina Hubicka, Dorota Drobek: ''Anion-exchange method for separation of ytterbium from holmium and erbium.'' u: ''Hydrometallurgy.'' 47, 1997, str. 127–136, {{doi|10.1016/S0304-386X(97)00040-6}}</ref>
<ref name="Hubicka">Halina Hubicka, Dorota Drobek: ''Anion-exchange method for separation of ytterbium from holmium and erbium.'' u: ''Hydrometallurgy.'' 47, 1997, str. 127–136, {{doi|10.1016/S0304-386X(97)00040-6}}</ref>

Verzija na dan 11 juni 2017 u 13:13

Iterbij,  70Yb
Iterbij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski brojIterbij, Yb, 70
SerijaLantanoidi
Grupa, Perioda, BlokLa, 6, f
Izgledsrebrenobijeli metal
CAS registarski broj7440-64-4
Zastupljenost2,5 · 10-4[1] %
Atomske osobine
Atomska masa173,045(10)[2][3] u
Atomski radijus (izračunat)175 (222) pm
Kovalentni radijus187 pm
Van der Waalsov radijus- pm
Elektronska konfiguracija[Xe] 4f146s2
Broj elektrona u energetskom nivou2, 8, 18, 32, 8, 2
1. energija ionizacije603,4 kJ/mol
2. energija ionizacije1174,8 kJ/mol
3. energija ionizacije2417 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanječvrsto
Kristalna strukturakubična plošno centrirana
Gustoća6973 kg/m3 pri 298,15[4] K
Magnetizamparamagnetičan (Χm = 3,4 · 10−5)[5]
Tačka topljenja1097 K (824 °C)
Tačka ključanja1703[6] K (1430 °C)
Molarni volumen24,84 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja159[6] kJ/mol
Toplota topljenja7,6 kJ/mol
Pritisak pare395 Pa pri 1097 K
Brzina zvuka1590 m/s pri 293,15 K
Specifična toplota150 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost4 · 106 S/m
Toplotna provodljivost39 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj2, 3
Elektrodni potencijal-2,22 V (Yb3+ + 3e- → Yb)
Elektronegativnost1,1 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
168Yb

0,13 %

Stabilan
169Yb

sin

32,026 d ε 0,909 169Tm
170Yb

3,05 %

Stabilan
171Yb

14,3 %

Stabilan
172Yb

21,9 %

Stabilan
173Yb

16,12 %

Stabilan
174Yb

31,8 %

Stabilan

Parts per million

175Yb

sin

4,185 d β- 0,470 175Lu
176Yb

12,7 %

Stabilan
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja
Šablon:Sigurnosni simboli
Obavještenja o riziku i sigurnostiR: 11-20/21/22
S: 16-33-36
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

Iterbij je hemijski element sa simbolom Yb i rednim brojem 70. U periodnom sistemu nalazi se u grupi lantanoida te se stoga ubraja u metale rijetkih zemlji. Poput ostalih lantanoida, on je srebreno-sjajni teški metal. Osobine iterbija ne slijede kontrakciju lantanoida, a zbog svoje elektronske konfiguracije ovaj element ima značajno manju gustoću kao i niže temperature topljenja i ključanja od susjednih elemenata u periodnom sistemu.

Iterbij je otkrio Jean Charles Galissard de Marignac 1878. godine prilikom proučavanja minerala gadolinita. Kasnije, 1907. godine, Georges Urbain, Carl Auer von Welsbach i Charles James, nezavisno jedan od drugog, uspjeli su iz Marignacovog iterbija izdvojiti još jedan element, lutecij. Welbach je za ime novog elementa predlagao aldebaranij, međutim ipak je nakon dugih rasprava i protivno njegovoj volji, zadržano današnje ime iterbij.

U tehničkom pogledu element i njegovi spojevi koriste se u vrlo malehnim količinama, uglavnom zbog vrlo složenog načina njegovog odvajanja od drugih lantanoida, između ostalog koristi se kao dotirajuće sredstvo za lasere na bazi itrij-aluminij granata. Iterbij(III)-hlorid i iterbij(II)-jodid su reagensi koji se koriste u raznim organskim reakcijama sinteze.

Historija

Iterbij je 1878. otkrio švicarski hemičar Jean Charles Galissard de Marignac. On je detaljnije proučavao gadolinit, te je pokušao odvojiti erbij koji je nerastvorljiv u vreloj vodi od drugih mineralnih sastojaka putem razlaganja nitrata. Pri tome otkrio je da preostali kristali nisu u potpunosti izgrađeni od crvenkastog erbij-nitrata, već su bili vidljivi i neki bezbojni kristali. Izmjereni apsorpcijski spektar pokazao je da se u tom slučaju moralo raditi o kristalima nekog do tad nepoznatog elementa. Marignac je elementu dao ime iterbium, prema mjestu pronalaska gadolinita u švedskom Ytterbyju, kao i njegovoj sličnosti sa itrijem. Odvajanje oba elementa uslijedilo je nakon drugog eksperimenta dodavanjem hiposulfitne kiseline u rastvor hlorida.[7][8]

Francuz Georges Urbain, Austrijanac Carl Auer von Welsbach i Amerikanac Charles James su, nezavisno jedan od drugog, objavili 1907. godine da Marignacov iterbij nije čisti element, već predstavlja smjesu dva elementa. Tu smjesu su uspjeli razdvojiti na čiste hemijske elemente iterbij i lutecij. Tom prilikom Carl Auer von Welsbach je novim elementima dao naziv aldebaranij (prema zvijezdi Aldebaran) i kasiopeij, dok je Urbain predložio nazive neoiterbij i lutecij.[9][10] Godine 1909. međunarodna komisija za atomsku masu, u čijem sastavu su bili Frank Wigglesworth Clarke, Wilhelm Ostwald, Thomas Edward Thorpe i Georges Urbain, odlučila je da se Urbainu prizna otkriće lutecija, te u skladu s tim prihvati njegovo predloženo ime za element.[11] Također je i zadržano staro Marignacovo ime za iterbij.

Elementarni iterbij prvi su dobili 1936. hemičari Wilhelm Klemm i Heinrich Bommer. Oni su metalni iterbij dobili redukcijom iterbij(III)-hlorida pomoću kalija pri temperaturi od 250 °C. Osim toga, odredili su i kristalnu strukturu i magnetske osobine ovog metala.[12]

Rasprostranjenost

Na Zemlji, iterbij je vrlo rijedak element, njegov udio u kontinentalnoj Zemljinoj kori iznosi oko 3,2 ppm (0,00032%).[13] Ovaj metal javlja se kao sastavni dio rijetkih minerala, prije svega onih koji sadrže itrij i teže lantanoide poput ksenotima i gadolinita. Tako naprimjer ksenotim iz Malezije sadrži do 6,2% iterbija. Za razliku od njega, ceritne zemlje poput monacita i bastnesita sadrže dosta male količine iterbija. Monacit, u zavisnosti od nalazišta, sadrži od 0,12% do 0,5% iterbija.[14]

Poznato je više vrlo rijetkih minerala u kojim se iterbij nalazi kao najčešći rijetki zemni metal. U takve spadaju ksenotim-(Yb), gdje iterbija ima 32% mjereno po masi, a empirijska formula mu glasi (Yb0,40Y0,27Lu0,12Er0,12Dy0,05Tm0,04Ho0,01)PO4.[15] Osim njega, iterbij je sadržan u keiviitu-(Yb) sa empirijskom formulom (Yb1,43Lu0,23Er0,17Tm0,08Y0,05Dy0,03Ho0,02)2Si2O7.[16] Međutim, ovi minerali su dijelovi jednog niza miješanih kristala, koji su također i drugačijeg prirodnog sastava, gdje je itrij glavni "sastojak".

Najvažniji izvori iterbija su ležišta monacita i ksenotima u Kini i Maleziji (tamo je u vidu pratećeg minerala kasiteritu). Zbog slabe potražnje na svjetskom tržištu za ovim metalom, situacija sa proizvodnjom i zalihama iterbija ne smatra se kritičnom.[17]

Proizvodnja

Iterbij

Zbog teškog razdvajanja lantanoida, dobijanje iterbija je izuzetno komplicirano i dugotrajno. Polazni minerali poput monacita ili ksenotima se najprije rastapaju pomoću kiselina ili baza u rastvor. Odvajanje iterbija od drugih lantanoida moguće je pomoću različitih metoda, pri čemu tehnički najvažniju predstavlja ionsko-izmjenjivačka metoda odvajanja, kao i za druge rijetke lantanoide. U tom procesu rastvor sa rijetkim zemljama se nanosi na pogodnu smolu, na koju se pojedinačni ioni lantanoida različito jako mogu vezati. Zatim se rastvor odvajaju od smole ionskoizmjenjivačkom hromatografijom pomoću sredstava koji s ionima grade komplekse poput EDTA, DTPA i HEDTA, te se zbog različite jačine veza između smole i iona lantanoida mogu odvojiti željeni ioni određenog lantanoida.[14][18][19]

Hemijsko odvajanje je moguće putem različitih reakcija iterbij-, lutecij- i tulij-acetata sa amalgamom natrija. Tako iterbij gradi amalgam, dok spojevi lutecija i tulija ne reagiraju.[20]

Dobijanje metalnog iterbija može se izvoditi elektrolizom istopljenih spojeva iterbij(III)-fluorida i iterbij(III)-hlorida, sa alkalnim ili zemnoalkalnim halogenidima do redukcije pri tački topljenja, te tečnim kadmijem ili cinkom kao katodom. Osim ove, iterbij se može dobiti i metalotermičkom redukcijom iterbij(III)-fluorida sa kalcijem ili iterbij(III)-oksida sa lantanom ili cerijem. Ako se ova posljednja reakcija izvodi u vakuumu, iterbij se mora destilirati te se tako može odvojiti od drugih lantanoida.[14]

Osobine

Fizičke

Kao i drugi lantanoidi, iterbij je također srebrenasto-svijetli, mehki teški metal. On ima neuobičajeno nisku gustoću od 6,973 g/cm3, što je znatno manje od gustoća susjednih lantanoida poput tulija odnosno lutecija odnosno približno gustoćama neodija ili prazeodija. Slična usporedba vrijedi i za neuobičajeno nisku tačku topljenja od 824 °C i tačku ključanja od 1430 °C (za lutecij: tačka topljenja 1652 °C, a ključanja 3330 °C). Ove vrijednosti su u određenoj protivrječnosti sa uobičajenom kontrakcijom lantanoida a uzrok joj je elektronska konfiguracija iterbija [Xe] 4f14 6s2. Zbog potpuno popunjenje f-ljuske, za metalnu vezu dostupna su samo dva valentna elektrona, pa dolazi do znatno slabijih sila veze i znatno većeg atomskog radijusa metala.[21]

Postoji tri različite kristalne strukture pri atmosferskom pritisku kao i druge tri visokotlačne modifikacije iterbija. Na sobnoj temperaturi, metal se kristalizira u kubičnom gusto složenom kristalnom sistemu sa parametrom rešetke a = 548,1 pm.[22] Pri višim temperaturama i pritiscima ova struktura prelazi u kubično-unutarcentrirani kuglasti sistem, s tim da pri atmosferskom pritisku, temperatura prelaska iznosi oko 770 °C; dok pri sobnoj temperaturi, pritisak prelaska iznosi 4 GPa.[23] Na niskim temperaturama stabilna je heksagonalna najgušća struktura, pri čemu se strukturalni fazni prijelaz nalazi između 0 i 45 °C, koji jako mnogo zavisi od čistoće, pritiska i naprezanja unutar metala. Ove faze imaju različit magnetizam. Dok je heksagonalna faza dijamagnetična (što je i očekivano zbog potpuno popunjene orbitale), kubična pločno-centrirana struktura iskazuje paramagnetične osobine (vjerovatno zbog malog broja Yb3+ iona u metalu).[24]

Hemijske

Reference

  1. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ Standardna atomska težina iterbija na ciaaw.org
  3. ^ Revdirana standardna atomska težina, na iupac.org
  4. ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. izd. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, str. 1579.
  5. ^ Robert C. Weast (izd.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, str. E-129 do E-145. Vrijednosti u navedenoj knjizi su navedene u g/mol i naznačene u cgs jedinicama. Ovdje navedena vrijednost je preračunata po SI sistemu i bez mjerne jedinice.
  6. ^ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086
  7. ^ Jean Charles Galissard de Marignac: Sur l’ytterbine, terre nouvelle, contenu dans la gadolinite. u: Comptes Rendus. 87, 1878, str. 578–581.
  8. ^ Per Enghag: Encyclopedia of the elements: technical data, history, processing, applications. John Wiley & Sons, 2004, ISBN 3-527-30666-8, str. 448.
  9. ^ C. Auer v. Welsbach: Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente. u: Monatshefte für Chemie. 29, 1908, str. 181–225, doi:10.1007/BF01558944
  10. ^ M. G. Urbain: Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac. u: Comptes rendus. 145, 1908, str. 759–762
  11. ^ F. W. Clarke, W. Ostwald, T. E. Thorpe, G. Urbain: Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses fuer 1909. u: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 42, 1909, str. 11–17, doi:10.1002/cber.19090420104
  12. ^ W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. u: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, str. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115
  13. ^ David R. Lide (izd.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. izd, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, pogl. Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth's Crust and in the Sea, str. 14-18.
  14. ^ a b c Ian McGill: Rear Earth Elements. u: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a22_607
  15. ^ Harvey M. Buck, Mark A. Cooper, Petr Cerny, Joel D. Grice, Frank C. Hawthorne: Xenotime-(Yb), YbPO4, a new mineral species from the Shatford Lake pegmatite group, southeastern Manitoba, Canada. u: Canadian Mineralogist. 37, 1999, str. 1303–1306 (Sažetak u časopisu "American Mineralogist", str. 1324.; PDF).
  16. ^ A. V. Voloshin, Ya. A. Pakhomovsky, F. N. Tyusheva: Keiviite Yb2Si2O7, a new ytterbium silicate from amazonitic pegmatites of the Kola Peninsula. u: Mineralog. Zhurnal. 5-5, 1983, str. 94–99 (Abstract in American Mineralogist, str. 1191.; PDF).
  17. ^ Harald Elsner: Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet? u: Commodity Top News. br. 36, 2011. (pdf)
  18. ^ V. M. Gelis, E. A. Chuveleva, L. A. Firsova, E. A. Kozlitin, I. R. Barabanov: Optimization of Separation of Ytterbium and Lutetium by Displacement Complexing Chromatography. u: Russian Journal of Applied Chemistry. 78, 2005, str. 1420–1426, doi:10.1007/s11167-005-0530-6
  19. ^ Halina Hubicka, Dorota Drobek: Anion-exchange method for separation of ytterbium from holmium and erbium. u: Hydrometallurgy. 47, 1997, str. 127–136, doi:10.1016/S0304-386X(97)00040-6
  20. ^ Joseph K. Marsh: 4. Rare-earth metal amalgams. Part III. The separation of ytterbium from its neighbours. u: Journal of the Chemical Society (Resumed). 1943, str. 8, doi:10.1039/JR9430000008
  21. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. izd. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, str. 1938–1944.
  22. ^ H. T. Hall, J. D. Barnett, L. Merrill: Ytterbium: Transition at High Pressure from Face-Centered Cubic to Body-Centered Cubic Structure. u: Science. 139, 1963, str. 111–112, doi:10.1126/science.139.3550.111
  23. ^ A. Jayaraman: Fusion Curve of Europium, Fusion, and fcc-bcc Transformation in Ytterbium at High Pressures. u: Physical Review. 135, 1964, str. A1056–A1059, doi:10.1103/PhysRev.135.A1056
  24. ^ E. Bucher, P. Schmidt, A. Jayaraman, K. Andres, J. Maita, K. Nassau, P. Dernier: New First-Order Phase Transition in High-Purity Ytterbium Metal. u: Physical Review B. 2, 1970, str. 3911–3917, doi:10.1103/PhysRevB.2.3911


Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Iterbij&oldid=2827451"