Ytterbi

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Ytterbi,  70Yb
Ytterbium-3.jpg
Tính chất chung
Tên, ký hiệu Ytterbi, Yb
Phiên âm /ɪˈtɜrbiəm/ i-TER-bee-əm
Hình dạng Bạc trắng
Ytterbi trong bảng tuần hoàn
  Cubic-face-centered.svg
 
70
Yb
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Số nguyên tử 70
Khối lượng nguyên tử chuẩn 173,054(5)
Phân loại Nhóm Lantan
Nhóm, phân lớp n/af
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 (gần nhiệt độ phòng) 6,90 g·cm−3 (at 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 lượng 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 ôxi hóa 3, 2Bazơ
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 empirical: 176 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 187±8 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm mặt
Vận tốc âm thanh thin rod: 1590 m·s−1 (at 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[1]
Mô đun Young (Dạng β) 23,9 GPa
Mô đun cắt (Dạng β) 9,9 GPa
Mô đun nén (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 Ytterbi
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 nơtron
169Yb Tổng hợp 32,026 ngày ε 0.909 169Tm
170Yb 3.04% 170Yb ổn định với 100 nơtron
171Yb 14.28% 171Yb ổn định với 101 nơtron
172Yb 21.83% 172Yb ổn định với 102 nơtron
173Yb 16.13% 173Yb ổn định với 103 nơtron
174Yb 31.83% 174Yb ổn định với 104 nơtron
175Yb Tổng hợp 4,185 ngày β 0.470 175Lu
176Yb 12.76% 176Yb ổn định với 106 nơtron
177Yb Tổng hợp 1,911 giờ β 1.399 177Lu

Ytterbi là một nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm Lantan có kí hiệu Ybsố nguyên tử 70. Ytterbi 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 yttri hoặc các nguyên tố liên quan khác và được dùng trong các loại thép nhất định. Ytterbi tự nhiên là hỗn hợp của 7 đồng vị ổn định. Ytterbi-169 là một đồng vị nhân tạo, được dùng làm nguồn tạo tia gamma.

Tính chất[sửa | sửa mã nguồn]

Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Ytterbi 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 ôxy hóa chậm trong không khí.[2]

Ytterbi 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.[2]

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).[2][3]

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.[1]

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[sửa | sửa mã nguồn]

Kim loại Ytterbi xỉ chậm khi tiếp xúc với không khí và dễ cháy ở 200 °C tạo ra ytterbi(III) ôxit (Yb2O3) hoặc các ytterbi monoxit (YbO) kém bền hơn.

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

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

Kim loại Ytterbi phản ứng với tất cả halogen:

2 Yb (r) + 3 F2 (k) → 2 YbF3 (r) [trắng]
2 Yb (r) + 3 Cl2 (k) → 2 YbCl3 (r) [trắng]
2 Yb (r) + 3 Br2 (k) → 2 YbBr3 (r) [trắng]
2 Yb (r) + 3 I2 (k) → 2 YbI3 (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. Ytterbi 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(OH2)9]3+:[4]

2 Yb (r) + 3 H2SO4 (dd) → 2 Yb3+ (dd) + 3 SO42 (dd) + 3 H2 (k)

Các hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Ytterbi có ứng xử hóa học tương tự như các nguyên tố trong nhóm Lantan. Hầu hết các hợp chất được tìm thấy có trạng thái ôxy hóa +3, các muối ở trạng thái này gần như không màu. Giống europi, samari hoặc thuli, các trihalogen có thể bị ôxy hóa 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 Ytterbi(II) oxit (YbO) có cùng cấu trúc như canxi ôxit (CaO).[5]

Các đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Ytterbi 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 meta state, trạng thái ổn định nhất là Yb-169m (t½ 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[sửa | sửa mã nguồn]

Ytterbi 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.[3]

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.[3]

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.[3] Giá ytterbi tương đối ổn định khoảng 1.000 USD/kg từ khoảng năm 1953 và 1998.[6]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă M. Jackson "Magnetism of Rare Earth" The IRM quarterly col. 10, No. 3, p. 1, 2000
  2. ^ a ă â C. R. Hammond (2000). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press. ISBN 0849304814. 
  3. ^ a ă â b John Emsley (2003). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. tr. 492–494. ISBN 0198503407. 
  4. ^ “Chemical reactions of Ytterbium”. Webelements. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009. 
  5. ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; (1985). “Die Lanthanoide”. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (bằng tiếng Đức) . Walter de Gruyter. tr. 1265–1279. ISBN 3-11-007511-3. 
  6. ^ James B. Hedrick. “Rare-Earth Metals”. USGS. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009. 

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

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

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]