70 Yb إتيربيوم 173.045
لانثانيد f-block Period 6

إتيربيوم

Yb · Element 70

A soft rare earth whose electrical resistance jumps under pressure, making it a stress gauge.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 173.045 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁴ 6s²
69Tm All 118 71Lu

البنية

ذرة إتيربيوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع إتيربيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 6.9 g/cm³ 40%
نقطة الانصهار 1092 K 46%
نقطة الغليان 1469 K 35%
الحرارة النوعية 0.155 J/g·K
التوصيل الحراري 38.5 W/m·K 59%

ذرية

نصف القطر الذري 176 pm 60%
نصف القطر التساهمي 187 pm
نصف قطر فان دير فالس 242 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.1 10%
طاقة التأين 603 kJ/mol 34%
الألفة الإلكترونية —

الوفرة

الوفرة في القشرة 3.2 mg/kg 63%

الهوية

الرمزYb
العدد الذري70
الكتلة الذرية173.045 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةمكعب مركزي الوجوه
حالات الأكسدة+2, +3
الاكتشاف1878
اكتشفهJean Charles Galissard de Marignac

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a إتيربيوم atom?

Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

إتيربيوم is liquid over a 377 K window, from 1092 K to 1469 K.

موضعه

موضعه في الجدول

إتيربيوم sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER اللانثانيدات

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 71Lu
All اللانثانيدات

القصة

ما هو إتيربيوم، وكيف اكتشفناه

A soft rare earth whose electrical resistance jumps under pressure, making it a stress gauge.

The discovery of إتيربيوم

🔬 اكتشاف تعاوني سويسري-فرنسي

اكتشفه: Jean Charles Galissard de Marignac في جنيف، سويسرا (1878)

سُمّي نسبةً إلى: يتربي، السويد - ليكمل رباعية العناصر المستمدة من هذا المحجر الشهير

🧪 آخر عناصر يتربي

أكمل اكتشاف الإتيربيوم القصة الاستثنائية لمحجر يتربي، الذي زوّد في نهاية المطاف بأسماء أربعة عناصر مختلفة. كان Jean Charles Galissard de Marignac يعمل في جامعة جنيف ويدرس عينات من أكسيد الإربيوم عندما اكتشف دليلًا على وجود عنصر مجهول آخر في عام 1878.

كان Marignac قد أمضى سنوات في تحسين تقنيات فصل الأتربة النادرة، وأصبح أحد أبرز خبراء كيمياء اللانثانيدات في أوروبا. وجمع نهجه المنهجي بين الكيمياء التحليلية المتقدمة والتحليل الطيفي الدقيق.

⚗️ ابتكار التحليل الطيفي

كان مفتاح نجاح Marignac استخدامه تقنيات طيفية محسنة. فقد رصد خطوط امتصاص مجهولة سابقًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة، ظهرت باستمرار في أجزاء محددة من عينات الإربيوم المفصولة.

ومن خلال التبلور التجزيئي المنهجي لمركبات الإربيوم، عزل Marignac مكوّنًا أظهر خصائص بصرية مختلفة بوضوح عن أي عنصر أرضي نادر معروف. وقدمت خطوط الامتصاص المميزة عند 977 و1015 نانومتر دليلًا قاطعًا على وجود عنصر جديد.

🏆 الإرث الكامل ليتربي

بإطلاقه اسم "ytterbium" على اكتشافه، أكمل Marignac إسهام محجر يتربي الاستثنائي في الجدول الدوري. فقد زوّد هذا الموقع السويدي الصغير أسماء الإتريوم (1794)، والإربيوم (1843)، والتيربيوم (1843)، والإتيربيوم (1878) - وهو إنجاز فريد في تاريخ الكيمياء.

🔬 تحديات التحقق

واجه اكتشاف Marignac للإتيربيوم في البداية تشككًا من المجتمع العلمي بسبب التشابه الكيميائي الشديد بين اللانثانيدات المتجاورة. وتطلب التأكيد القاطع تحققًا مستقلًا من مجموعات بحثية متعددة باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة.

⚛️ الالتباس مع اللوتيتيوم

في عام 1907، تبيّن أن "الإتيربيوم" الذي اكتشفه Marignac يحتوي على عنصرين متميزين. فقد كان ما عزله في الواقع مزيجًا من الإتيربيوم واللوتيتيوم (العنصر 71). وأدى هذا الاكتشاف إلى نزاع حول أولوية الفصل بين العنصرين، بين Georges Urbain في فرنسا وCarl Auer von Welsbach في النمسا.

🔬 الإنصاف العلمي الحديث

نعترف اليوم بإسهام Marignac الأساسي في كيمياء الأتربة النادرة، رغم أن عينته الأصلية من "الإتيربيوم" كانت تحتوي على عناصر متعددة. وقد أرْسى نهجه المنهجي في الفصل والتحليل الطيفي أساليب مكّنت من الاكتشافات اللاحقة.

إن العنصر الذي فصله Marignac بعناية باستخدام تقنيات القرن 19 يتيح الآن أدق القياسات العالمية للزمن والفضاء، مما يبرهن على أن الاكتشافات العلمية الأساسية قد تملك تطبيقات تتجاوز بكثير ما تخيله مكتشفوها.

🏅 التقدير العلمي

أكسب عمل Marignac على عناصر الأتربة النادرة إياه اعترافًا دوليًا، وساعد على ترسيخ مكانة سويسرا مركزًا للكيمياء التحليلية الدقيقة. وقد أثرت تقنياته في أجيال من الكيميائيين وأسهمت في فهمنا الحديث للبنية الذرية والجدول الدوري.

الاستخدامات

فيما يُستخدم إتيربيوم

عنصر تقنيات الدقة

برز الإتيربيوم بوصفه عنصرًا حاسمًا في تقنيات الدقة للجيل القادم، والعلوم الكمومية، وأبحاث المواد المتقدمة. وعلى الرغم من كونه أحد العناصر الأرضية النادرة الأقل وفرة، فإن خصائصه الإلكترونية والبصرية الفريدة جعلته لا غنى عنه في الأدوات العلمية المتطورة والتقنيات الكمومية الناشئة.

⚛️ ثورة الساعات الذرية

تمثل الساعات الذرية المعتمدة على الإتيربيوم قمة الدقة في قياس الزمن، إذ تحقق مستويات من الدقة لا تفقد معها أكثر من ثانية واحدة طوال عمر الكون. تستخدم هذه الساعات الضوئية ذات الشبكة ذرات الإتيربيوم المبردة بالليزر والمحتجزة في تراكيب بلورية من الضوء لقياس الزمن بدقة غير مسبوقة.

تعمل الساعة الضوئية بالإتيربيوم عند ترددات أعلى بأكثر من 100,000 مرة من الساعات الذرية السيزيومية، مما يتيح رصد تأثيرات تمدد الزمن بفعل الجاذبية عبر فروق ارتفاع لا تتجاوز بضعة سنتيمترات. وتُحدث هذه القدرات ثورة في أبحاث الفيزياء الأساسية، وتتيح اختبارات جديدة لنظريات النسبية لدى أينشتاين.

🌐 تقنية GPS للجيل القادم

يجري تطوير الساعات الذرية بالإتيربيوم لأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية للجيل القادم، التي ستوفر دقة في تحديد المواقع ضمن السنتيمترات بدلًا من الأمتار. وستتيح هذه الساعات فائقة الدقة ملاحة المركبات الذاتية، والزراعة الدقيقة، والقياسات العلمية التي تتطلب دقة موضعية قصوى.

🔬 قياس الإجهاد والتشوه

توفر مستشعرات الألياف الضوئية المطعمة بالإتيربيوم قياسات فائقة الحساسية للانفعال ودرجة الحرارة من أجل مراقبة سلامة الجسور والمباني والطائرات والمركبات الفضائية. ويمكن لهذه المستشعرات اكتشاف تشوهات أصغر من عرض ذرة، مما يتيح الصيانة التنبؤية ومراقبة سلامة البنية التحتية الحيوية.

💎 أنظمة الليزر المتقدمة

توفر ليزرات الألياف بالإتيربيوم أداءً استثنائيًا في معالجة المواد، والبحث العلمي، والتطبيقات الصناعية. وتستطيع أنظمة الليزر هذه، عالية القدرة والكفاءة، قطع أسمك المعادن، ولحام مواد مختلفة بدقة تامة، وتمكين تقنيات تصنيع متقدمة يستحيل تنفيذها بالليزرات التقليدية.

⚛️ مكونات الحوسبة الكمومية

تعمل أيونات الإتيربيوم كيوبتات في الحواسيب الكمومية ذات الأيونات المحتجزة بفضل أزمنة التماسك الكمومي الطويلة للغاية التي تتميز بها. وتستخدم شركات الحوسبة الكمومية الرائدة أنظمة قائمة على الإتيربيوم لمعالجة المعلومات الكمومية، والمحاكاة الكمومية، وتطبيقات الشبكات الكمومية.

🧮 الأجهزة العلمية الدقيقة

تجعل البنية الإلكترونية الفريدة للإتيربيوم منه مادة قيّمة للغاية في التحليل الطيفي المتقدم، وعوامل التباين للتصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة القياس الدقيقة. وتعتمد مختبرات البحث في أنحاء العالم على الأنظمة القائمة على الإتيربيوم لإجراء تجارب الفيزياء الأساسية وتوصيف المواد.

🎯 تحسين التصوير الطبي

تُستخدم مركبات الإتيربيوم عواملَ تباين في تقنيات التصوير الطبي المتقدمة، بما في ذلك فحوصات CT وإجراءات الأشعة السينية المتخصصة. وتوفر هذه العوامل تباينًا أفضل للصورة مع تقليل تعرض المرضى للإشعاع مقارنة بالبدائل التقليدية.

🌟 تطبيقات الدقة والأداء

  • ⏰ قياس الزمن الذري: ساعات ضوئية فائقة الدقة للبحث العلمي وأنظمة GPS
  • 🏭 الليزرات الصناعية: ليزرات ألياف عالية القدرة للقطع واللحام ومعالجة المواد
  • 🏗️ المراقبة الإنشائية: مستشعرات انفعال بالألياف الضوئية للجسور والمباني والفضاء الجوي
  • 🖥️ الحوسبة الكمومية: كيوبتات الأيونات المحتجزة وأنظمة معالجة المعلومات الكمومية
  • 🏥 التصوير الطبي: عوامل تباين لفحوصات CT وتطبيقات الأشعة السينية المتخصصة
  • 📡 الاتصالات: مضخمات الألياف الضوئية والأجهزة الفوتونية

💰 أسواق متخصصة عالية القيمة

تستهدف تطبيقات الإتيربيوم قطاعات السوق المتميزة، حيث تبرر الكفاءة الاستثنائية التكاليف الأعلى. ويمثل سوق الساعات الذرية وحده أكثر من $500 مليون دولار سنويًا، وتحقق أنظمة الإتيربيوم أعلى الأسعار بفضل أدائها المتفوق.

🔬 محرك البحث والتطوير

تستثمر شركات التكنولوجيا الكبرى، ومنها Google وIBM وIonQ، بكثافة في أبحاث الحوسبة الكمومية القائمة على الإتيربيوم. وتمول الوكالات الحكومية في أنحاء العالم تطوير الساعات الذرية بالإتيربيوم من أجل الملاحة والتطبيقات العلمية للجيل القادم.

📈 نمو الأسواق الناشئة

يدفع تسويق التكنولوجيا الكمومية الطلب على الإتيربيوم إلى النمو السريع. ومن المتوقع أن تصل سوق الحوسبة الكمومية العالمية إلى $65 مليار دولار بحلول 2030، مع تمثيل أنظمة الأيونات المحتجزة القائمة على الإتيربيوم قطاعًا مهمًا منها.

🏆 ريادة الأداء

تسجل الأنظمة القائمة على الإتيربيوم باستمرار أرقامًا قياسية جديدة في مجالات تطبيقها. فمن أدق الساعات في العالم إلى أقوى ليزرات الألياف الصناعية، يتيح الإتيربيوم قدرات اختراقية عبر قطاعات تقنية متعددة.

مصدره

وجوده الطبيعي

3.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 63% of elements

🌍 وفرة متوسطة ومصادر مركزة

يوجد الإتيربيوم في القشرة الأرضية بتركيز يقارب 3.2 جزءًا في المليون، مما يجعله وفيرًا تقريبًا بقدر القصدير وأكثر شيوعًا بكثير من العديد من عناصر الأرض النادرة الثقيلة الأخرى. ومع ذلك، تظل رواسب الإتيربيوم القابلة للاستغلال اقتصاديًا مركزة جغرافيًا وصعبة المعالجة تقنيًا.

🏔️ المصادر المعدنية الأساسية

  • طينات الامتزاز الأيوني: أعلى تركيزات الإتيربيوم في رواسب الغرانيت المتجوى
  • الزينوتيم: معدن فوسفات الأرض النادرة الثقيلة (8-15% Yb₂O₃)
  • المونازيت: فوسفات حامل للثوريوم في رواسب رمال الشواطئ
  • الباستنايزيت: كربونات الأرض النادرة الخفيفة ذات المحتوى الضئيل من الإتيربيوم

🌏 مراكز الإنتاج العالمية

الصين (85% من الإنتاج العالمي): تحتوي رواسب طينات الامتزاز الأيوني في جنوب الصين، في مقاطعات جيانغشي وغوانغدونغ وفوجيان، على أهم تركيزات الإتيربيوم في العالم. وقد تشكلت هذه الرواسب بفعل التجوية المدارية لتداخلات الغرانيت على مدى ملايين السنين.

أستراليا: يحتوي مكمن ماونت ويلد للأتربة النادرة على احتياطيات كبيرة من الإتيربيوم، رغم أن المعالجة الحالية تركز على استخلاص الأتربة النادرة الخفيفة. وقد يشمل التوسع المستقبلي مرافق لفصل الأتربة النادرة الثقيلة.

ماليزيا: يعالج مصنع Lynas Advanced Materials المركز الأسترالي لإنتاج أكاسيد الأتربة النادرة المفصولة، بما في ذلك أكسيد الإتيربيوم عالي النقاء للتطبيقات الدقيقة.

⚒️ تقنية الفصل المتقدمة

يتطلب فصل الإتيربيوم عمليات متطورة متعددة المراحل بسبب تأثيرات انكماش اللانثانيدات. ويمكن للاستخلاص بالمذيب، باستخدام مستخلصات حمض الفوسفونيك المتخصصة، فصل الإتيربيوم انتقائيًا عن الأتربة النادرة الثقيلة الأخرى، إلا أن التنقية الكاملة تتطلب عشرات مراحل الاستخلاص.

ويتطلب الإتيربيوم فائق النقاء (99.999%) اللازم لتطبيقات الساعات الذرية تنقية إضافية باستخدام الصهر النطاقي، والتسامي، وتقنيات نمو البلورات المتخصصة.

🔬 تحديات ضبط الجودة

تتطلب التطبيقات الدقيقة إتيربيومًا يحتوي على أقل قدر ممكن من الشوائب، ولا سيما الفلزات الانتقالية التي قد تتداخل مع الخصائص البصرية والإلكترونية. وتضمن التقنيات التحليلية المتقدمة، ومنها ICP-MS والتحليل الطيفي البصري، استيفاء مواصفات المنتجات لمتطلبات التطبيقات الصارمة.

♻️ إعادة التدوير الاستراتيجية

تجعل تطبيقات الإتيربيوم عالية القيمة إعادة تدويره جذابة اقتصاديًا. ويمكن لعمليات متخصصة استعادة الإتيربيوم فائق النقاء من الأجهزة العلمية وأنظمة الليزر وأجهزة الحوسبة الكمومية التي انتهى عمرها التشغيلي.

🌊 مصادر بديلة

تحتوي العقيدات متعددة الفلزات في أعماق البحار على تركيزات مهمة من الإتيربيوم، مما قد يوفر تنويعًا مستقبليًا للإمدادات. وتتواصل أبحاث استخلاصه من مياه البحر، رغم أن التقنية الحالية تجعل المصادر البحرية غير اقتصادية.

📊 أمن سلسلة الإمداد

نظرًا إلى أهمية الإتيربيوم للتقنيات الكمومية وأنظمة التوقيت الدقيق، أصبح تنويع سلسلة الإمداد أولوية استراتيجية للدول المعتمدة على التكنولوجيا. ويتزايد الاستثمار في قدرات المعالجة البديلة خارج الصين.

التعامل

السلامة

⚠️ السلامة في المختبر والأجهزة الدقيقة

🟢 تصنيف الخطر المنخفض

يمثل الإتيربيوم ومركباته مخاطر سمية ضئيلة في ظروف المختبر العادية. وتكفي إجراءات السلامة القياسية لمعظم التطبيقات، مع إيلاء اهتمام خاص لسلامة الليزر ومتطلبات التعامل مع المواد فائقة النقاء.

🥽 معدات الوقاية القياسية

  • حماية العينين: نظارات واقية للتعامل العام، ونظارات أمان لليزر في الأنظمة البصرية
  • حماية اليدين: قفازات نظيفة من النتريل لمنع تلوث المواد عالية النقاء
  • الحماية التنفسية: قناع غبار عند التعامل مع المركبات المسحوقة
  • ملابس الغرف النظيفة: ملابس متخصصة لتطبيقات النقاء الفائق

⚗️ الحفاظ على النقاء

مكافحة التلوث: يتطلب الإتيربيوم فائق النقاء لتطبيقات الساعات الذرية إجراءات تعامل في الغرف النظيفة. وحتى التلوث النزري قد يضعف أداء أنظمة التوقيت الدقيق.

سلامة الليزر: يمكن لليزرات الليفية بالإتيربيوم توليد قدرات بصرية عالية للغاية، مما يتطلب بروتوكولات سلامة الليزر من الفئة 4، بما في ذلك مناطق دخول محكومة، وأنظمة تحذير، وتدريبًا متخصصًا.

🔬 بروتوكولات الأجهزة الدقيقة

تتطلب تطبيقات الساعات الذرية والحوسبة الكمومية إجراءات تعامل متخصصة للحفاظ على مستويات تلوث منخفضة للغاية. ويجب تنفيذ العمل في أجواء محكومة باستخدام مواد فائقة النقاء وأدوات متخصصة.

🚨 إجراءات الطوارئ

  • ملامسة العينين: اغسل العينين بالماء النظيف لمدة 15 دقيقة واطلب تقييمًا طبيًا
  • ملامسة الجلد: اغسل جيدًا بالماء والصابون
  • الاستنشاق: انتقل إلى هواء نقي وراقب الأعراض التنفسية
  • التعرض لليزر: أوقف التعرض فورًا واطلب العناية الطبية

🗄️ متطلبات التخزين

خزّن مركبات الإتيربيوم في حاويات ذات جو خامل لمنع الأكسدة والتلوث. وتتطلب المواد فائقة النقاء أنظمة تخزين متخصصة ذات درجة حرارة ورطوبة وتركيب جوي محكوم.

♻️ استعادة القيمة

نظرًا إلى قيمة الإتيربيوم العالية وتطبيقاته المتخصصة، ينبغي جمع جميع مواد النفايات لإعادة تدويرها. وقد تحتوي مكونات الأجهزة الدقيقة على كميات قابلة للاستعادة من الإتيربيوم فائق النقاء، بما يبرر تكاليف الاسترداد الكبيرة.

📊 ضمان الجودة

حد التعرض في مكان العمل: 5 mg/m³ كمتوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات لمركبات الإتيربيوم. ويلزم إجراء تحليل منتظم للنقاء في التطبيقات الدقيقة لضمان الحفاظ على مواصفات المنتجات.

🌡️ الضوابط البيئية

تتطلب تطبيقات الإتيربيوم الدقيقة ظروفًا بيئية محكومة، بما في ذلك استقرار درجة الحرارة (±0.1°C)، وانخفاض الاهتزاز، والحجب الكهرومغناطيسي لمنع تدهور الأداء.

إجابات سريعة

إتيربيوم: أسئلة شائعة

What is إتيربيوم?

إتيربيوم (symbol Yb) is element 70 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. A soft rare earth whose electrical resistance jumps under pressure, making it a stress gauge. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of إتيربيوم?

إتيربيوم's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹⁴ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of إتيربيوم?

إتيربيوم melts at 1092 K (818.9 °C) and boils at 1469 K (1195.9 °C).

What is the atomic mass of إتيربيوم?

The standard atomic weight of إتيربيوم is 173.045 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is إتيربيوم?

إتيربيوم has a density of 6.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of إتيربيوم is about 6.9× heavier.

What is the electronegativity of إتيربيوم?

إتيربيوم has a Pauling electronegativity of 1.1. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered إتيربيوم, and when?

إتيربيوم was discovered in 1878 by Jean Charles Galissard de Marignac. It is named after ytterby, Sweden.

How common is إتيربيوم on Earth?

إتيربيوم makes up about 3.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

→ السابق Tm Thulium Element 69 · Lanthanide التالي ← Lu Lutetium Element 71 · Lanthanide