خواص عنصر ایتربیم چیست؟ کاربرد ایتربیوم را می شناسید؟

عنصر ایتربیم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Yb شناسایی می شود. عدد اتمی عنصر ایتربیم ۷۰ و عدد جرمی آن ۱۷۳.۰۴ است. خواص عنصر ایتربیم موجب شده است تا در گروه ۳ و تناوب ۶ جدول مندلیف جای بگیرد. عنصر ایتربیم از دسته فلزات واسطه داخلی یا لانتانیدها است. عنصر ایتربیوم به عنوان عنصر سنگین گروه لانتانید ها شناخته می شود. به طور طبیعی ۷ ایزوتوپ عنصر ایتربیم شناسایی شده است. کاربرد عنصر ایتربیم در لیزر و بسیاری از کارهای پژوهشی مشاهده می شود. از خواص فیزیکی عنصر ایتربیم می توان به رنگ نقره ای، سبکی و چکش خواری آن اشاره کرد. عنصر ایتربیم از عناصر کمیاب زمین بشمار می آید. از خطرات عنصر ایتربیم می توان به سمیت بالای آن اشاره نمود. برای شناخت بهتر این ماده می توان از مدل اتمی بور برای عنصر ایتربیم کمک گرفت.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: عنصر پرومتیم، عنصر ساماریم، عنصر یوروپیم، عنصر گادولینیم، لوتسیم و… . در ادامه این مقاله با شناخت خواص و کاربرد و ویژگی عنصر ایتربیم با ما همراه باشید.

تاریخچه عنصر ایتربیم

نام عنصر ایتربیم از کلمه Ytterby گرفته شده است. Ytterby نام شهری در کشور سوئد است. عنصر ایتربیم در سال ۱۸۷۸ توسط شیمیدانی سوئدی به نام Jean de Margnac شناسایی شد. Marignac سوئدی ترکیبی جدید در زمین کشف کرد و نامش را Ytterbia گذاشت. تصور او بر این بود که Ytterbia جزئی از عنصر جدید است که Ytterbium نام دارد. در واقع این اکتشاف اولین عنصر کمیابی بود که کشف شده بود.

در سال ۱۹۰۷ شیمیدانی فرانسوی به نام Georges Urbain Ytterbia ترکیبی که Marignac کشف کرده بود را به دو قسمت Neoytterbia و lutecia تقسیم نمود.

جالب است بدانید Neoytterbia بعد ها به عنوان عنصر Yetterbium و lutecia به عنوان عنصر Lutetium شناخته شدند. در همان زمان دانشمندی به نام Auer von Welsbach توانست این عناصر را از Ytterbia جدا کرده و آن ها را Aldebaranium و Cassiopeium نامید. البته توجه شود که بعد از سال ۱۹۵۳ که با تولید Ytterbium خالص، خواص فیزیکی و شیمیایی آن مشخص شد.

منابع عنصر ایتربیوم

عنصر ایتربیوم به همراه سایر عناصر کمیاب در زمین و در معادن یافته می ‌شود. این عنصر به صورت اقتصادی از خاک monazite استخراج شده و حاوی ۰.۰۳% ایتربیوم است. این عنصر همچنین در Euxenite و Xenotime نیز پیدا می‌شود. توجه شود که جداسازی عنصر ایتربیوم از دیگر عناصر کمیاب کار بسیار دشواری است. اما روش های تبادل یونی و استخراج حلال که در قرن۲۰ معرفی شدند، این جدا سازی را آسان نموده اند. همانطور که این ماده کمیاب است ترکیبات ایتربیم نیز بسیار کمیابند. مناطق اصلی استخراج ایتربیوم در معادن چین، آمریکا، برزیل، هند، سریلانکا و استرالیا است. ذخایر ایتربیوم حدود یک میلیون تن تخمین زده می شود. تولید جهانی این عنصر حدود ۵۰ تن در سال است.

تولید

تکنولوژی استخراج و جابجایی یونی روشی نوین در جداسازی عناصر خاکی کمیاب است. درواقع این روش ها هزینه تولید ایتربیم را کاهش داده است. این فلز را می‌توان با روش کاهش اکسید آن به وسیله لانتانیم و یا به وسیله کاهش کلسیم در ظروف در بسته تولید نمود.

ویژگی عنصر ایتربیم عنصر شماره ۷۰ جدول تناویی

• عدد اتمی: ۷۰
• جرم اتمی: ۱۷۳٫۰۴
• نقطه ذوب: ۸۲۴ درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: ۱۱۹۶ درجه سانتی گراد
• شعاع اتمی: ۱۷۶ pm
• گروه: ۳
• تناوب: ۶
• رنگ: سفید نقره ای
• حالت استاندارد شرایط STP: جامد
• انرژی یونیزاسیون: ۶۰۲٫۴ Kj/mol
• شعاع اتمی: ۱۷۶ pm
• آرایش الکترونی: [Xe] 4f^۱۴ ۶s^۲
• الکترونگاتیویته: ۱٫۲
• چگالی: ۶.۹
• گرمای تبخیر: ۱۵۹ KJ/mol
• آرایش الکترونی:  ۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۸, ۲
• دسته: لانتانیدها

لانتانیدها

لانتانید ها نام گروهی از عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف است. این عناصر فلزاتی براق با واکنش پذیری بالا و کمیاب هستند. خواص این عناصر مشابه لانتان ۵۷ است. عناصر این گروه نمک های سه ظرفیتی محلول در آب با خواص شیمیایی یکسانی را به وجود می آورند. این عناصر را می توان احیا نمود. این کار با استفاده از اثر کلسیم و لیتیم بر هالید بدون آب صورت می پذیرد. در مرحله بعد آن را در خلأ ذوب مجدد نموده و باقیمانده مواد احیا کننده تبخیر می شود. همچنین آن ها را می توان از حمام های نمک ذوب شده به صورت الکترولیتی نیز احیا کرد. لانتانید ها می توانند با بعضی ترکیبات آلی املاح آلی نیز تشکیل دهند.

لانتانید ها به دلیل ویژگی هایی که دارند، خاک های کمیاب نیز نام گرفته اند. علت این نامگذاری این است که اولین اعضای لانتانید ها که به صورت اکسید جمع آوری شد شبیه به اکسید های کلسیم و منیزیم (بعد ها در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار گرفتند) بود. لانتانید ها در طبیعت به صورت کانی هایی مانند مونازیت، زنوتیم و گادولینیت یافته می شوند.

خواص عنصر ایتربیم

فلز ایتربیم (ایتربیوم) از فلزات واسطه داخلی و از گروه لانتانیدهاست. عنصر ایتربیم عنصر شماره ۷۰ جدول تناوبی مندلیف است. از خواص عنصر ایتربیم فلزی درخشان نقره ای فام و کاملا چکش خوار است. با اسید های رقیق و آمونیاک به خوبی و با آب به کندی واکنش می دهد.

این ماده عنصری سبک و چکش خوار و شکل‌ پذیر است. پرجلوه و براق بودن ویژگی دیگر این ماده است. این عنصر کمیاب بسیار ضربه ‌پذیر بوده و به‌ راحتی در اسید های معدنی حل می شود. این ماده به ‌آهستگی با آب واکنش داده و در هوا اکسید می ‌شود. برای آشنایی بیشتر با عنصر شماره ۷۰ جدول تناوبی به مدل اتمی بور برای آن مراجعه کنید.

عنصر ایتربیم سه گونه آلفا، بتا و گاما را داراست. درواقع این ماده در دمای ۱۳- و ۷۵۹+ درجه تغییر شکل می ‌دهد. حالت بتا این ماده در دمای اتاق بوجود می‌آید. حالت بتا ساختار کریستالی Face-Centered دارد. گونه گاما در دمای بالا شکل می‌گیرد و دارای ساختار کریستالی Body-Centered است.

حالت بتا اغلب شبیه فلزی است که رسانای جریان الکتریسیته است. اما وقتی در فشار ۱۶۰۰ اتمسفر قرار می‌گیرد، نیمه رسانا می‌شود. مقاومت الکتریکی این ماده در فشار ۳۹۰۰۰ اتمسفر ده برابر می‌شود. اما نکته جالب این است که در فشار ۴۰۰۰۰ اتمسفر ناگهان افت می کند. درواقع مقاومت الکتریکی به ۱۰% مقاومت الکتریکی آن در دمای اتاق افت می‌کند.

ایزوتوپ های ایتربیم

هفت ایزوتوپ عنصر ایتربیم به طور طبیعی وجود دارد. این ایزوتوپ ها عبارتند از: ^۱۷۲Yb، ^۱۷۱Yb، ^۱۷۰Yb، ^۱۶۸Yb، ^۱۷۴Yb، ^۱۷۳Yb، ^۱۷۶Yb. در این میان ^۱۷۴Yb  فراوان ترین ایزوتوپ با فراوانی طبیعی ۳۱٫۸%  است. برای این عنصر ۲۲ ایزوتوپ رادیو اکتیو نیز شناسایی شده است. پایدارترین آن ها Yb-169 با نیمه عمری برابر با ۳۲٫۰۲۶ روز و Yb-175 با نیمه عمری برابر با ۴٫۱۸۵ روز و Yb-166 با نیمه عمری برابر با ۵۶٫۷ ساعت است. سایر ایزوتوپ های رادیو اکتیو این ماده نیمه عمری کمتر از ۲ ساعت دارند. نیمه عمر بیشتر آن ها حتی کمتر از ۲۰ دقیقه است.

همچنین این عنصر ۶ حالت متا نیز دارد که پایدار ترین آن  mYb-169 است. ایزوتوپ عنصر ایتربیم به صورت وزن اتمی از ۱۵۰.۹۵۵ برای Yb177 تا ۱۷۹.۹۵۲ برای Yb-780 مرتب شده‌اند. حالت فروپاشی اولیه بعد از فراوان ‌ترین ایزوتوپ Yb-174 الکترون گیری است. حالت اولیه پس از آن حذف بتا است. محصولات فروپاشی اولیه قبل از Yb-174 ایزوتوپ های عنصر ۶۹ (تالیوم) است. محصول اولیه بعد از آن ایزوتوپ های عنصر ۷۱ است.

نیمه عمر	ایزوتوپ
پایدار	Yb-168
۳۲.۰۳ روز	Yb-169
پایدار	Yb-170
پایدار	Yb-171
پایدار	Yb-172
پایدار	Yb-173
پایدار	Yb-174
۴.۱۹ روز	Yb-175
پایدار	Yb-176

کاربرد عنصر ایتربیم

کاربرد لیزر ایتربیم پالس سبز در قطع عضو، ماشین کاری ظریف، بافت، علامت گذاری پلاک خودرو، تولیدات دارویی و ایمپلنت ها وجود دارد.

لیزر ایتربیم در تراشکاری الماس برای از بین بردن نقایص آن استفاده می شود.

عملیات حرارتی با لیزر ایتربیم جهت سخت نمودن سطحی تیغه توربین ها، ابزار های صنعتی و حلقه های پیستون به کار می رود.

در زمانی که الکتریسیته در دسترس نبود، یکی از ایزوتوپ های ایتربیوم به‌ عنوان جانشین منبع رادیو اکتیو استفاده می‌ شد. این منبع برای ماشین هایی بکار می رفت که با اشعه x کار می‌کنند.

برخی از آلیاژ های عنصر ایتربیوم در دندانپزشکی کاربرد دارند.

کاربرد عنصر ایتربیم می تواند در مقاوم کردن و خصوصیات مکانیکی دیگر مثل ضد زنگ نیز بکار برده شود.

خطرات ایتربیوم

عنصر ایتربیم نسبتا پایدار است. اما با وجود این باز هم باید در ظرف بسته نگهداری شود. این ماده باید در برابر هوا و رطوبت در امان باشد. ترکیبات عنصر ایتربیم بسیار سمی هستند. تحقیقاتی اولیه نشان داده است که خطر بسیار کمی دارند. ترکیبات ایتربیم سبب ایجاد مشکلات پوستی و چشمی می‌شود. ذره ‌های ایتربیوم ممکن است موجب بوجود آمدن خطر آتش سوزی و انفجار ‌شوند.

سخن آخر

همانطور که پیش تر نیز گفته شد، در جدول تناوبی مندلیف عناصر مختلفی جای گرفته اند. عناصر موجود در جدول تناوبی از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر تفاوت دارند. وجود این تفاوت در خواص آنهاست. ویژگی و خواص متفاوت، کاربرد متنوع عناصر را به وجود آورده است. اغلب عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی مندلیف قرار گرفته اند خواصی شبیه به هم نیز دارند. برای شناخت جایگاه عناصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. در این جدول تمام عناصر جایگاه مخصوص به خود را دارند. در واقع عناصر در گروه ها و دوره هایی مرتب شده اند. با شناخت بهتر عناصر جدول تناوبی می توان به کاربرد و ویژگی عناصر بهتر پی برد. بدین صورت گام محکمی در جهت ارتقا علم برداشته خواهد شد.

کاربرد مختلف عناصر در صنعت و سلامت و پزشکی و کشاورزی و…، تنها با شناخت کامل آن ها ممکن خواهد بود. دانشمندان همواره در تلاش بوده اند تا شناخت بیشتری از این عناصر به دست آورند. گسترش بیشتر علم به گسترش و پیشرفت بیشتر بشر می انجامد. عناصر موجود در جدول تناوبی مندلیف می تواند حالت های مختلفی را داشته باشند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. همین‌طور برخی از عناصر این جدول فلز و برخی نافلز و برخی از عناصر نیز شبه فلز هستند. اهمیت بالای عناصر شیمیایی در زندگی روزمره و صنعت و  آینده بشر منجر شده تا نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به توضیح و بررسی عناصر بپردازد. برای آشنایی با ویژگی و کاربرد و تاریخچه هر عنصر می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه نمایید.