إتربيوم

يجب ألا يـُخلـَط بينها وبين yttrium.

Ytterbium, ₇₀Yb

Ytterbium
المظهر	silvery white; with a pale yellow tint
الوزن الذري العياري Ar°(Yb)
Ytterbium في الجدول الدوري
– ↑ Yb ↓ No thulium ← ytterbium → lutetium
الرقم الذري (Z)	70
المجموعة	n/a
الدورة	period 6
المستوى الفرعي	f-block
التوزيع الإلكتروني	[Xe] 4f14 6s2
الإلكترونات بالغلاف	2, 8, 18, 32, 8, 2
الخصائص الطبيعية
الطور at د.ح.ض.ق	solid
نقطة الانصهار	1097 K ​(824 °س، ​1515 °F)
نقطة الغليان	1469 K ​(1196 °س، ​2185 °ف)
الكثافة حين يكون سائلاً (عند ن.إ.)	6.21 ج/سم³
حرارة الانصهار	7.66 kJ/mol
حرارة التبخر	129 kJ/mol
السعة الحرارية المولية	26.74 J/(mol·K)
ضغط البخار P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 736 813 910 1047 (1266) (1465)
الخصائص الذرية
الكهرسلبية	مقياس پاولنگ: 1.1 (?)
طاقات التأين	الأول: 603.4 kJ/mol الثاني: 1174.8 kJ/mol الثالث: 2417 kJ/mol
نصف القطر الذري	empirical: 176 pm
نصف قطر التكافؤ	187±8 pm
الخطوط الطيفية
خصائص أخرى
البنية البلورية	​face-centered cubic (fcc)
سرعة الصوت قضيب رفيع	1590 م/ث (عند 20 °س)
قضيب رفيع	38.5 W/(m·K)
المقاومة الكهربائية	β, poly: 0.250 µΩ⋅m (at r.t.)
الترتيب المغناطيسي	paramagnetic
القابلية المغناطيسية	+249.0×10−6 cm3/mol (2928 K)
معامل يونگ	β form: 23.9 GPa
معامل القص	β form: 9.9 GPa
معاير الحجم	β form: 30.5 GPa
نسبة پواسون	β form: 0.207
صلادة ڤيكرز	205–250 MPa
صلادة برينل	340–440 MPa
رقم كاس	7440-64-4
التاريخ
التسمية	after Ytterby (Sweden), where it was mined
الاكتشاف	Jean Charles Galissard de Marignac (1878)
أول عزل	Carl Auer von Welsbach (1906)
نظائر الytterbium

الإيتربيوم بالإنجليزية Ytterbium ، هو عنصر كيميائي له الرمز Yb و العدد الذري 70 في الجدول الدوري ومن اللانثانيدات. وهو معدن، العنصر الرابع عشر وقبل الأخير في سلسلة اللانثانيدات، وهو ما يفسر استقرار حالته التأكسدية +2 نسبيًا. وكحال اللانثانيدات الأخرى، فإن حالته التأكسدية الأكثر شيوعًا هي +3، كما هو الحال في الأكسيد والهاليدات والمركبات الأخرى. في محلول مائي، تشكل مركبات الإتيربيوم القابلة للذوبان، مثل مركبات اللانثانيدات المتأخرة الأخرى، معقدات مع تسع جزيئات ماء. وبسبب تركيبه الإلكتروني ذي الغلاف المغلق، فإن كثافته ونقطة انصهاره ونقطة غليانه أقل بكثير من معظم اللانثانيدات الأخرى.

في عام 1878، قام الكيميائي السويسري جان شارل غاليسار دي مارينياك بفصل عنصر من "الإيربيا" الأرضية النادرة (مكون مستقل آخر) والذي سماه "إتيربيا"، نسبة إلى قرية إتيربي في السويد، حيث وجد هذا المكون الجديد من الإربيوم. كان يشك في أن الإتيربيا مركب لعنصر جديد أطلق عليه اسم "الإتيربيوم". (بالمجمل، سُميت أربعة عناصر نسبةً إلى هذه القرية، وهي الإيتريوم والتيربيوم والإربيوم). في عام 1907، تم فصل الأرض الجديدة "لوتيشيا" عن الإتيربيا، حيث تم استخراج العنصر "لوتيسيوم" (المعروف الآن بـلوتيتيوم) بواسطة جورج أوربين وكارل آور فون ويلسباخ وتشارلز جيمس. وبعد بعض النقاش، تم الاحتفاظ باسم "الإتيربيوم" الذي اقترحه مارينياك. لم يتم الحصول على عينة نقية نسبيًا من المعدن حتى عام 1953. حاليًا، يُستخدم الإتيربيوم بشكل رئيسي كـمطعّم للفولاذ المقاوم للصدأ أو وسط ليزر نشط، وأحيانًا أقل كمصدر لأشعة جاما.

الإتيربيوم الطبيعي هو مزيج من سبعة نظائر مستقرة، والتي توجد مجتمعةً بتركيزات تبلغ 0.3 جزء في المليون. يُستخرج هذا العنصر في الصين والولايات المتحدة والبرازيل والهند على شكل معادن المونازيت والإوكسينايت والزينوتايم. تركيز الإتيربيوم منخفض لأنه يوجد فقط بين العديد من عناصر الأرض النادرة الأخرى؛ وعلاوة على ذلك، فهو من بين العناصر الأقل وفرة. وبمجرد استخراجه وتحضيره، يكون الإتيربيوم خطيرًا إلى حد ما كمهيج للعين والجلد. كما أن المعدن يمثل خطر الاشتعال والانفجار.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 السمات

يتميز الإتيربيوم بأنه معدن مطوع ، لين ، له لون فضي لامع. وهو كعنصر من الأتربة النادرة فهو سهل الإنحلال والإتحاد بالأحماض المعدنية ، ويتفاعل كيميائيا ببطئ مع الماء ويتأكسد في الهواء الجوي.

 الخصائص الفيزيائية

الإتيربيوم هو معدن طري وقابل للسحب والطرق. عندما يُحضّر حديثًا، يكون أقل ذهبية من السيزيوم، ولكنه أكثر ذهبية من المعادن التي لها صبغة صفراء مثل الإيريديوم. وهو عنصر أرضي نادر، ويذوب بسهولة بواسطة الأحماض المعدنية القوية.

يمتلك الإتيربيوم ثلاث متآصلات يُرمز لها بالحروف اليونانية ألفا وبيتا وغاما. درجات تحولها هي −13 °م و795 °م، بالرغم من أن درجة التحول الدقيقة تعتمد على الضغط والإجهاد. يوجد المتآصل بيتا (6.966 غ/سم³) في درجة حرارة الغرفة، وله بنية بلورية مكعبة مركزية الوجه. بينما يمتلك المتآصل غاما عالي الحرارة (6.57 غ/سم³) بنية بلورية مكعبة مركزية الجسم. أما المتآصل ألفا (6.903 غ/سم³) فيمتلك بنية بلورية سداسية ويستقر عند درجات الحرارة المنخفضة. يمتلك المتآصل بيتا موصلية كهربائية عند الضغط الجوي العادي، لكنه يتحول إلى شبه موصل عند تعريضه لضغط حوالي 16,000 ضغط جوي (1.6 جيجا باسكال). وتزداد مقاوميته الكهربائية بمقدار عشرة أضعاف عند ضغط 39,000 ضغط جوي (3.9 جيجا باسكال)، لكنها تنخفض بعد ذلك إلى حوالي 10% من مقاومته الكهربائية عند درجة حرارة الغرفة عند حوالي 40,000 ضغط جوي (4.0 جيجا باسكال).

بخلاف العناصر الأرضية النادرة الأخرى، التي تمتلك عادةً خصائص مضادة للمغناطيسية الحديدية و/أو المغناطيسية الحديدية عند درجات الحرارة المنخفضة، فإن الإتيربيوم مغناطيسي مساير عند درجات حرارة أعلى من 1.0 كلفن. ومع ذلك، فإن المتآصل ألفا يكون مغناطيسيًا معاكسًا. مع نقطة انصهار تبلغ 824 °م ونقطة غليان تبلغ 1196 °م، يمتلك الإتيربيوم أصغر مدى سائل بين جميع المعادن.

وعلى عكس معظم اللانثانيدات الأخرى، التي تمتلك عادةً شبكة سداسية التعبئة المتراصة، يتبلور الإتيربيوم في النظام المكعب المتمركز الوجه. تبلغ كثافة الإتيربيوم 6.973 غ/سم³، وهي أقل بكثير من جيرانه من اللانثانيدات، الثوليوم (9.32 غ/سم³) واللوتيتيوم (9.841 غ/سم³). كما أن نقاط انصهاره وغليانه أقل بكثير من الثوليوم واللوتيتيوم. ويرجع ذلك إلى التكوين الإلكتروني ذي الغلاف المغلق للإتيربيوم ([Xe] 4f¹⁴ 6s²)، والذي يجعل الإلكترونين 6s فقط متاحين لـالترابط المعدني (على عكس اللانثانيدات الأخرى التي يتوفر فيها ثلاثة إلكترونات) ويزيد من نصف قطره المعدني.

 الخصائص الكيميائية

يتلطخ معدن الإتيربيوم ببطء في الهواء، ويكتسب لونًا ذهبيًا أو بنيًا. يتأكسد الإتيربيوم المنتشر بدقة بسهولة في الهواء وتحت تأثير الأكسجين. تحترق خلطات الإتيربيوم المسحوق مع البوليترافلوروإيثيلين أو الهكساكلورويثان بلهب أخضر زمردي. يتفاعل الإتيربيوم مع الهيدروجين ليشكل عدة هيدريدات غير متكافئة. يذوب الإتيربيوم ببطء في الماء، ولكنه يذوب بسرعة في الأحماض، مطلقًا غاز الهيدروجين.

الإتيربيوم كهروموجب للغاية، ويتفاعل ببطء مع الماء البارد وبسرعة أكبر مع الماء الساخن ليشكل هيدروكسيد الإتيربيوم الثلاثي:

2 Yb (s) + 6 H₂O (l) → 2 Yb(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

يتفاعل الإتيربيوم مع جميع الهالوجينات:

2 Yb (s) + 3 F₂ (g) → 2 YbF₃ (s) [أبيض]

2 Yb (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 YbCl₃ (s) [أبيض]

2 Yb (s) + 3 Br₂ (l) → 2 YbBr₃ (s) [أبيض]

2 Yb (s) + 3 I₂ (s) → 2 YbI₃ (s) [أبيض]

يمتص أيون الإتيربيوم الثلاثي الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأطوال الموجية، لكنه لا يمتص الضوء المرئي، لذا فإن أكسيد الإتيربيوم Yb₂O₃ يكون أبيض اللون، كما أن أملاح الإتيربيوم عديمة اللون. يذوب الإتيربيوم بسهولة في حمض الكبريتيك المخفف ليشكل محاليل تحتوي على أيونات Yb(III) عديمة اللون، والتي توجد على شكل معقدات تساعية الهيدرات:

2 Yb (s) + 3 H₂SO₄ (aq) + 18 H 2O (l) → 2 [Yb(H₂O)₉]³⁺ (aq) + 3 SO2−4 (aq) + 3 H₂ (g)}}

 Yb(II) مقابل Yb(III)

على الرغم من أن الإتيربيوم ثلاثي التكافؤ عادةً، إلا أنه يُشكل مركبات ثنائية التكافؤ بسهولة. هذا السلوك غير اعتيادي بالنسبة لـاللانثانيدات، التي تُشكل مركبات تكافؤها +3 بشكل شبه حصري. تتمتع حالة +2 بتكوين إلكتروني تكافؤ 4f¹⁴، لأن الغلاف f الممتلئ بالكامل يوفر مزيدًا من الاستقرار. أيون الإتيربيوم الثنائي الأصفر-الأخضر هو عامل مختزل قوي جدًا ويتحلل في الماء مُطلقًا غاز الهيدروجين، ولهذا السبب يظهر فقط أيون الإتيربيوم الثلاثي عديم اللون في المحاليل المائية. يتصرف كل من الساماريوم والثوليوم بنفس الطريقة في حالة +2، لكن أيون اليوروبيوم (II) يكون مستقرًا في المحاليل المائية. يتشابه سلوك معدن الإتيربيوم مع معدن اليوروبيوم ومع المعادن القلوية الأرضية، حيث يذوب في الأمونيا ليُشكل أملاح الإلكتريدات الزرقاء.

 النظائر

المقالة الرئيسية: Isotopes of ytterbium

يتكون الإتيربيوم الطبيعي من سبعة نظائر مستقرة: ¹⁶⁸Yb، ¹⁷⁰Yb، ¹⁷¹Yb، ¹⁷²Yb، ¹⁷³Yb، ¹⁷⁴Yb، و¹⁷⁶Yb، حيث يُعد ¹⁷⁴Yb الأكثر شيوعًا بنسبة 31.8% من الوفرة الطبيعية. تم رصد اثنين وثلاثين نظيرًا مشعًا، ويُعد أكثرها استقرارًا ¹⁶⁹Yb ذو نصف العمر البالغ 32.0 يومًا، و¹⁷⁵Yb بنصف عمر قدره 4.18 يومًا، و¹⁶⁶Yb بنصف عمر يبلغ 56.7 ساعة. جميع النظائر المشعة الأخرى لها أنصاف أعمار أقل من ساعتين، ومعظمها يقل نصف عمرها عن 20 دقيقة. يمتلك الإتيربيوم أيضًا 12 حالة حالة مثارة، أكثرها استقرارًا هو ^169mYb بنصف عمر قدره 46 ثانية.

تتراوح نظائر الإتيربيوم بين ¹⁴⁹Yb و¹⁸⁷Yb. الوضع الأساسي لـطريقة التحلل في نظائر الإتيربيوم الأخف من أكثر النظائر المستقرة وفرةً، ¹⁷⁴Yb، هو التقاط الإلكترون، بينما يكون الوضع الأساسي لنظائر الإتيربيوم الأثقل من ¹⁷⁴Yb هو التحلل بيتا. أما ناتج التحلل الأساسي لنظائر الإتيربيوم الأخف من ¹⁷⁴Yb فهو نظائر الثوليوم، في حين أن نواتج التحلل الأساسية لنظائر الإتيربيوم الأثقل من ¹⁷⁴Yb هي نظائر اللوتيتيوم.}}

 التطبيقات

عادة ما يستعمل جزء صغير من مادة الإتيربيوم ، وكذلك عينة صغيرة من النظائر المشعة كمصدر لأشعة إكس.

 مصدر أشعة جاما

يُستخدم نظير الإتيربيوم ¹⁶⁹Yb (الذي يمتلك نصف عمر يبلغ 32 يومًا)، والذي يتم إنتاجه مع النظير قصير العمر ¹⁷⁵Yb (نصف عمر 4.2 أيام) عن طريق تنشيط النيوترونات خلال تشعيع الإتيربيوم في المفاعلات النووية، كمصدر إشعاعي في أجهزة الأشعة السينية المحمولة. تشبه أشعة جاما المنبعثة من هذا المصدر الأشعة السينية حيث تمر عبر الأنسجة الرخوة في الجسم، لكنها تُحجب بواسطة العظام والمواد الكثيفة الأخرى. لذلك، تعمل عينات صغيرة من ¹⁶⁹Yb (التي تنبعث منها أشعة جاما) مثل أجهزة أشعة سينية صغيرة مفيدة لـالتصوير الإشعاعي للأجسام الصغيرة. تُظهر التجارب أن الصور الشعاعية المأخوذة باستخدام مصدر ¹⁶⁹Yb تعادل تقريبًا تلك المأخوذة بواسطة الأشعة السينية التي تمتلك طاقات تتراوح بين 250 و350 كيلو إلكترون فولت. كما يُستخدم ¹⁶⁹Yb في الطب النووي.

 الساعات الذرية عالية الاستقرار

في عام 2013، حققت ساعات الإتيربيوم الرقم القياسي للاستقرار مع نبضات ثابتة بدقة أقل من جزئين في كوينتيليون واحد (2×10⁻¹⁸). تعتمد هذه الساعات، التي طُورت في المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST), على حوالي 10,000 ذرة من الإتيربيوم يتم تبريدها بالليزر إلى 10 ميكروكلفن (10 مليون جزء من الدرجة فوق الصفر المطلق)، وتُحتجز في شبكة بصرية—وهي سلسلة من الآبار على شكل أقراص رقيقة مصنوعة من ضوء الليزر. يقوم ليزر آخر "ينبض" 518 تريليون مرة في الثانية (518 THz) بإثارة انتقال بين مستويين طاقيين في الذرات. العدد الكبير من الذرات هو المفتاح لاستقرار الساعات العالي.

تتذبذب موجات الضوء المرئي أسرع من الموجات الدقيقة، ولذلك يمكن أن تكون الساعات الضوئية أكثر دقة من ساعات السيزيوم الذرية. يعمل المعهد الفيدرالي للفيزياء التقنية على عدة نماذج من هذه الساعات الضوئية. النموذج الذي يحتوي على أيون إتيربيوم واحد محاصر في فخ أيوني دقيق للغاية. الساعة الضوئية المبنية عليه دقيقة إلى 17 رقمًا بعد الفاصلة العشرية.

سجل زوج من الساعات الذرية التجريبية القائمة على ذرات الإتيربيوم في المعهد الوطني للمعايير والتقنية رقمًا قياسيًا للاستقرار. أفاد علماء الفيزياء في NIST في إصدار 22 أغسطس 2013 من مجلة Science Express أن نبضات ساعات الإتيربيوم ثابتة بدقة أقل من جزئين في كوينتيليون واحد (1 متبوعًا بـ 18 صفرًا)، أي أفضل بحوالي 10 مرات من أفضل النتائج المنشورة سابقًا للساعات الذرية الأخرى. ستكون هذه الساعات دقيقة ضمن ثانية واحدة لفترة تعادل تقريبًا عمر الكون.

 تطعيم الفولاذ المقاوم للصدأ

يمكن أيضًا استخدام الإتيربيوم كـمطعّم للمساعدة في تحسين تنقية الحبيبات، وقوة، والخصائص الميكانيكية الأخرى لـالفولاذ المقاوم للصدأ. كما أن بعض سبائك الإتيربيوم نادرًا ما استُخدمت في مجال طب الأسنان.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الإيتيربيوم كمادة مشوبة للوسائط النشطة

يُستخدم أيون Yb³⁺ كـمادة مشوبة في الوسط الليزري النشط، خاصة في ليزر الحالة الصلبة وليزر الألياف ذات الغلاف المزدوج. تتميز ليزرات الإيتيربيوم بالكفاءة العالية، وعمرها الطويل، وقدرتها على توليد نبضات قصيرة؛ كما يمكن دمج الإيتيربيوم بسهولة في المادة المستخدمة لصنع الليزر. غالبًا ما تُشع ليزرات الإيتيربيوم في نطاق 1.03–1.12 ميكرومتر مع ضخ ضوئي عند طول موجي 900 نانومتر–1 ميكرومتر، اعتمادًا على الوسط والتطبيق. ويجعل العيب الكمومي الصغير الإيتيربيوم مادة مشوبة واعدة لليزرات الفعالة وتوسيع القدرة.

إن حركيات الاستثارة في المواد المشوبة بالإيتيربيوم بسيطة ويمكن وصفها من خلال مفهوم المقاطع الفعالة؛ فبالنسبة لمعظم المواد الليزرية المشوبة بالإيتيربيوم (كما هو الحال بالنسبة للعديد من وسائط الكسب التي يتم ضخها ضوئيًا)، فإن علاقة ماكومبر تنطبق، على الرغم من أن تطبيقها على المواد المركبة المشوبة بالإيتيربيوم كان محل نقاش.

عادةً ما تُستخدم تركيزات منخفضة من الإيتيربيوم. عند التركيزات العالية، تُظهر المواد المشوبة بالإيتيربيوم ظاهرة التعتيم الضوئي (في الألياف الزجاجية) أو حتى تحول إلى انبعاث واسع النطاق (في البلورات والسيراميك) بدلاً من توليد ليزر فعال. قد تكون هذه الظاهرة مرتبطة ليس فقط بارتفاع الحرارة، ولكن أيضًا بشروط تعويض الشحنة عند تركيزات الإيتيربيوم العالية.

أُحرز تقدم كبير في توسيع قدرة الليزرات والمضخمات المصنوعة من الألياف البصرية المشوبة بالإيتيربيوم. زادت مستويات القدرة من حدود 1 كيلوواط بفضل التقدم في المكونات وكذلك الألياف المشوبة بالإيتيربيوم. تتيح صناعة الألياف ذات الفتحة العددية المنخفضة ومنطقة نمط كبيرة تحقيق جودة شعاع شبه مثالية (M2<1.1) عند مستويات قدرة تتراوح من 1.5 كيلوواط إلى أكثر من 2 كيلوواط عند ~1064 نانومتر في تكوين واسع النطاق. كما تتميز ألياف LMA المشوبة بالإيتيربيوم بميزة قطر أكبر لحقل النمط، مما يقلل من تأثيرات الظواهر اللاخطية مثل تشتت بريليون المستحث وتشتت رامان المستحث، والتي تحد من تحقيق مستويات قدرة أعلى، وتوفر ميزة واضحة مقارنة بالألياف المشوبة بالإيتيربيوم أحادية النمط.

لتحقيق مستويات قدرة أعلى في أنظمة الألياف المعتمدة على الإيتيربيوم، يجب مراعاة جميع العوامل الخاصة بالألياف. يمكن تحقيق ذلك فقط من خلال تحسين جميع معايير ألياف الإيتيربيوم، بدءًا من خسائر الخلفية في النواة إلى الخصائص الهندسية لتقليل خسائر التوصيل داخل التجويف. كما يتطلب توسيع القدرة تحسين التوافق بين الألياف السلبية داخل التجويف البصري. يلعب تحسين الزجاج المشوب بالإيتيربيوم نفسه من خلال تعديل الزجاج المضيف مع إضافات مختلفة دورًا كبيرًا في تقليل خسائر الخلفية في الزجاج، وتحسين كفاءة الانحدار للألياف، وتحسين أداء التعتيم الضوئي، وكل ذلك يساهم في زيادة مستويات القدرة في أنظمة 1 ميكرومتر. ```

 الكيوبتات الأيونية للحوسبة الكمومية

يُستخدم الأيون المشحون ¹⁷¹Yb⁺ من قبل عدة مجموعات أكاديمية وشركات كـكيوبت أيوني محبوس لـالحوسبة الكمومية. وقد تم تحقيق التشابك الكمومي باستخدام البوابات المنطقية الكمومية، مثل بوابة مولمر-سورينسن، من خلال استهداف الأيونات بواسطة ليزرات نبضية مغلقة الطور.

 أخرى

يزداد المقاومية الكهربائية لمعدن الإيتيربيوم عند تعرضه لإجهادات عالية. تُستخدم هذه الخاصية في مقاييس الإجهاد لمراقبة التشوهات الأرضية الناتجة عن الزلازل والانفجارات.

يتم حاليًا دراسة الإيتيربيوم كبديل محتمل لـالمغنيسيوم في الحمولات النارية ذات الكثافة العالية المستخدمة في الشعلات الخداعية بالأشعة تحت الحمراء لأغراض حركية. نظرًا لأن أكسيد الإيتيربيوم الثلاثي يمتلك انبعاثية أعلى بكثير في نطاق الأشعة تحت الحمراء مقارنة بـأكسيد المغنيسيوم، يتم الحصول على شدة إشعاعية أعلى باستخدام الحمولات المعتمدة على الإيتيربيوم مقارنةً بتلك المعتمدة عادةً على مركبات المغنيسيوم/التفلون/فيتون (MTV).

 التاريخ

اكتُشف الإتيربيوم بواسطة عالم الكيمياء السويسري جان تشارلز جليسارد دي ماريجناك وذلك في عام 1848. وقد وجد ماريجناك مكون جديد في مجموعة الأتربة النادرة سمي بعد ذلك بإسم إتربيبا ، وذلك على إسم المدينة السويدية التي أكتشف المعدن فيها.

جان شارل جاليسار دي ماريني

تم اكتشاف الإيتيربيوم بواسطة الكيميائي السويسري جان شارل جاليسار دي ماريني عام 1878. أثناء فحصه لعينات من جادولينيت، وجد ماريني مكونًا جديدًا في الأرض المعروفة آنذاك بـإيربيا، وأطلق عليه اسم "إيتيربيا"، نسبةً إلى قرية إيتيربي السويدية القريبة من مكان العثور على المكون الجديد من الإربيوم. اشتبه ماريني في أن الإيتيربيا كانت مركبًا لعنصر جديد أطلق عليه اسم "الإيتيربيوم".

في عام 1907، قام الكيميائي الفرنسي جورج أوربين بفصل إيتيربيا ماريني إلى مكونين: نيوإيتيربيا ولوتيشيا. لاحقًا، أصبحت نيوإيتيربيا تُعرف بعنصر الإيتيربيوم، بينما أصبحت لوتيشيا تُعرف بعنصر لوتيتيوم. قام الكيميائي النمساوي كارل أور فون فيلسباخ بعزل هذه العناصر من الإيتيربيا بشكل مستقل تقريبًا في نفس الوقت، ولكنه أطلق عليهما ألديبارانيوم (Ad؛ نسبةً إلى الدبران) وكاسيوبينيوم؛ كما نجح الكيميائي الأمريكي تشارلز جيمس في عزل هذه العناصر بشكل مستقل أيضًا في نفس الفترة. اتهم كل من أوربين وفيلسباخ بعضهما البعض بنشر نتائج معتمدة على أبحاث الآخر. حسمت لجنة الكتلة الذرية، التي كانت تتألف من فرانك ويجلزورث كلارك وفيلهلم أوستفالد و‌جورج أوربين، هذا النزاع عام 1909 بمنح الأولوية لأوربين واعتماد أسمائه رسميًا، بناءً على حقيقة أن فصل اللوتيتيوم عن إيتيربيوم ماريني كان قد وُصف لأول مرة بواسطة أوربين. وبعد الاعتراف بأسماء أوربين، تم إعادة تسمية نيوإيتيربيوم إلى إيتيربيوم.

لم يكن بالإمكان تحديد الخصائص الكيميائية والفيزيائية للإيتيربيوم بدقة حتى عام 1953، عندما تم إنتاج أول معدن إيتيربيوم نقي تقريبًا باستخدام عمليات التبادل الأيوني. كان سعر الإيتيربيوم مستقرًا نسبيًا بين عامي 1953 و1998 عند حوالي 1,000 دولار أمريكي للكيلوغرام.

 التواجد

يوجد الإتيربيوم مع عناصر أخرى من مجموعة الأتربة النادرة. وغالبا ما يكون يستخلص تجاريا من تراب المونازيت والذي يتواجد فيه بنسبة 0.03%. ويوجد هذا العنصر أيضا في الإيوكسنيت و الإكسنوتيم. عادة ما يصعب عزل الإتيربيوم من عناصر الأتربة النادرة الأخرى لكن يمكن ذلك عن طريق عملية التبادل الأيوني التي تطورت كثيرا في القرن العشرين مما سهل عملية العزل. يندر وجود مركبات لعنصر الإتيربيوم ولم يتم التعرف عليهم جيدا حتى الآن.

إيوكسينايت

يُوجد الإيتيربيوم مع عناصر الأرض النادرة الأخرى في العديد من المعادن النادرة. يُستخرج تجاريًا في الغالب من رمال المونازيت (0.03% من الإيتيربيوم). كما يوجد العنصر في الإيوكسينايت وزينوتايم. مناطق التعدين الرئيسية تشمل الصين والولايات المتحدة والبرازيل والهند وسريلانكا وأستراليا. تُقدّر احتياطيات الإيتيربيوم بحوالي مليون طن. يُعد الإيتيربيوم صعب الفصل عن العناصر الأرضية النادرة الأخرى، لكن تقنيات التبادل الأيوني والاستخلاص بالمذيب التي طُورت في منتصف إلى أواخر القرن العشرين سهّلت عملية الفصل. تُعتبر مركبات الإيتيربيوم نادرة ولم يتم توصيفها بشكل جيد حتى الآن. تبلغ وفرة الإيتيربيوم في قشرة الأرض حوالي 3 ملغ/كغ.

باعتباره عنصرًا لانثانيديًا ذا رقم زوجي، ووفقًا لـقاعدة أودو-هاركينز، فإن الإيتيربيوم أكثر وفرة بشكل ملحوظ من جيرانه المباشرين، الثوليوم واللوتيتيوم، اللذين يظهران في نفس الركاز بنسبة حوالي 0.5% لكل منهما. يبلغ الإنتاج العالمي من الإيتيربيوم حوالي 50 طنًا سنويًا فقط، مما يعكس قلة استخداماته التجارية. تُستخدم آثار مجهرية من الإيتيربيوم كـمادة مشوبة في ليزر Yb:YAG، وهو ليزر الحالة الصلبة حيث يكون الإيتيربيوم هو العنصر الذي يخضع لـانبعاث محفز لـإشعاع كهرومغناطيسي.

غالبًا ما يكون الإيتيربيوم البديل الأكثر شيوعًا في معادن الإيتريوم. في حالات نادرة جدًا يتفوق الإيتيربيوم على الإيتريوم، كما هو الحال في زينوتايم-(Yb). هناك تقرير يفيد بوجود الإيتيربيوم بشكل طبيعي في الريغولث القمري.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الانتاج

It is relatively difficult to separate ytterbium from other lanthanides due to its similar properties. As a result, the process is somewhat long. First, minerals such as monazite or xenotime are dissolved into various acids, such as sulfuric acid. Ytterbium can then be separated from other lanthanides by ion exchange, as can other lanthanides. The solution is then applied to a resin, to which different lanthanides bind with different affinities. This is then dissolved using complexing agents, and due to the different types of bonding exhibited by the different lanthanides, it is possible to isolate the compounds.

Ytterbium is separated from other rare earths either by ion exchange or by reduction with sodium amalgam. In the latter method, a buffered acidic solution of trivalent rare earths is treated with molten sodium-mercury alloy, which reduces and dissolves Yb³⁺. The alloy is treated with hydrochloric acid. The metal is extracted from the solution as oxalate and converted to oxide by heating. The oxide is reduced to metal by heating with lanthanum, aluminium, cerium or zirconium in high vacuum. The metal is purified by sublimation and collected over a condensed plate.

 الاحتياطات

على الرغم من أن الإيتيربيوم مستقر كيميائيًا إلى حد ما، إلا أنه يُخزن في حاويات محكمة الإغلاق وفي جو خامل مثل صندوق جاف مملوء بالنيتروجين لحمايته من الهواء والرطوبة. تُعامل جميع مركبات الإيتيربيوم على أنها عالية السُمية، على الرغم من أن الدراسات تشير إلى أن الخطر ضئيل. ومع ذلك، تسبب مركبات الإيتيربيوم تهيجًا للجلد والعينين لدى البشر، وقد تكون بعض المركبات مُشوهة للأجنة. يمكن أن يشتعل غبار الإيتيربيوم المعدني تلقائيًا.

 المركبات

إتيربيوم(III) أكسيد

يتشابه السلوك الكيميائي للإيتيربيوم مع باقي عناصر اللانثانيدات. توجد معظم مركبات الإيتيربيوم في حالة الأكسدة +3، وأملاحه في هذه الحالة تكاد تكون عديمة اللون. مثل يوربيوم وساماريوم وثوليوم، يمكن اختزال ثلاثي هاليدات الإيتيربيوم إلى ثنائي هاليدات باستخدام الهيدروجين، أو غبار الزنك، أو بإضافة الإيتيربيوم المعدني. تحدث حالة الأكسدة +2 فقط في المركبات الصلبة، وتتفاعل بطرق مشابهة لمركبات المعادن القلوية الترابية؛ على سبيل المثال، يمتلك أكسيد الإيتيربيوم الثنائي (YbO) نفس بنية أكسيد الكالسيوم (CaO).

 الهاليدات

البنية البلورية لـإتيربيوم(III) أكسيد

يشكل الإيتيربيوم ثنائي وثلاثي الهاليدات مع الهالوجينات مثل الفلور، الكلور، البروم، واليود. تُعتبر ثنائي الهاليدات عرضة للأكسدة إلى ثلاثي الهاليدات عند درجة حرارة الغرفة وتتحلل إلى ثلاثي الهاليدات وإيتيربيوم معدني عند درجات الحرارة المرتفعة:

3 YbX₂ → 2 YbX₃ + Yb (X = F، Cl، Br، I)

يُستخدم بعض هاليدات الإيتيربيوم كـكواشف في التخليق العضوي. على سبيل المثال، يُعد إتيربيوم(III) كلوريد (YbCl₃) حمض لويس ويُستخدم كـحفاز في تفاعلات الألدول وديلز-ألدر. كما يمكن استخدام إتيربيوم(II) يوديد (YbI₂) كعامل اختزال في تفاعلات ازدواج. يُستخدم إتيربيوم(III) فلوريد (YbF₃) كحشوة أسنان غير سامة حيث يطلق أيونات فلوريد بشكل مستمر، مما يُعزز صحة الأسنان، كما يُعتبر عامل تباين جيد للأشعة السينية.

 الأكاسيد

يتفاعل الإيتيربيوم مع الأكسجين لتكوين إتيربيوم(III) أكسيد (Yb₂O₃)، الذي يتبلور في بنية "أكاسيد C-type الأرضية النادرة"، وهي بنية مرتبطة ببنية الفلوريت ولكن مع إزالة ربع الأنيونات، مما يؤدي إلى وجود ذرات الإيتيربيوم في بيئات تنسيق سداسية غير ثمانية. يمكن اختزال إتيربيوم(III) أكسيد إلى إتيربيوم(II) أكسيد (YbO) باستخدام الإيتيربيوم المعدني، ويتبلور الأخير في نفس بنية كلوريد الصوديوم.

 البوريدات

يُعتبر إتيربيوم دوديكا بوريد (YbB₁₂) مادة بلورية خضعت للدراسة لفهم الخصائص الإلكترونية والبنيوية للعديد من المواد ذات الصلة كيميائيًا. يُعد هذا المركب عازل كوندو. تُظهر المادة خصائص كمومية حيث تكون بلورة الكتلة عازلة بينما يكون سطحها ذو موصلية عالية. ومن بين عناصر الأرض النادرة، يُعتبر الإيتيربيوم واحدًا من العناصر القليلة التي يمكن أن تُكوّن دوديكا بوريد مستقر، وهي خاصية تُعزى إلى نصف قطره الذري الصغير نسبيًا.

• هاليدات: YbCl₂, YbBr₃, YbCl₃, YbF₃
• أكاسيد: Yb₂O₃

 انظر أيضا

• إربيوم
• تيربيوم
• إيتريوم

 وصلات خارجية

ابحث عن ytterbium في
قاموس المعرفة.

• WebElements.com - Ytterbium (كما تم استخدامه كمرجع)

 المصادر

أيضا:

• Los Alamos National Laboratory - Ytterbium
• Guide to the Elements - Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
• It's Elemental - Ytterbium

{