70 Yb Иттербий 173.045
Лантаноид f-block Period 6

Иттербий

Yb · Element 70

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 173.045 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁴ 6s²

Строение

Атом иттербий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место иттербий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 6.9 g/cm³ 40%
Температура Плавления 1092 K 46%
Температура Кипения 1469 K 35%
Удельная теплоёмкость 0.155 J/g·K
Теплопроводность 38.5 W/m·K 59%

Атомные

Атомный Радиус 176 pm 60%
Ковалентный радиус 187 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 242 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.1 10%
Энергия ионизации 603 kJ/mol 34%
Сродство к Электрону

Распространённость

Распространённость в земной коре 3.2 mg/kg 63%

Идентификационные

СимволYb
Атомный номер70
Атомная масса173.045 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагранецентрированная кубическая
Степени окисления+2, +3
Открытие1878
ПервооткрывательJean Charles Galissard de Marignac

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a иттербий atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

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

Положение

Положение в таблице

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

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

All лантаноиды

История

Что такое иттербий и как его обнаружили

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

The discovery of иттербий

🔬 Совместное швейцарско-французское открытие

Открыватель: Jean Charles Galissard de Marignac в Женеве, Швейцария (1878)

Назван в честь: Иттербю, Швеция — завершая ряд элементов, названных в честь этого знаменитого карьера

🧪 Последний элемент Иттербю

Открытие иттербия завершило удивительную историю карьера Иттербю, который в итоге дал названия четырём различным элементам. Работавший в Женевском университете Jean Charles Galissard de Marignac исследовал образцы оксида эрбия, когда в 1878 году обнаружил признаки ещё одного неизвестного элемента.

Мариньяк годами совершенствовал методы разделения редкоземельных элементов и стал одним из ведущих европейских специалистов по химии лантаноидов. Его систематический подход объединял передовые методы аналитической химии с тщательным спектроскопическим анализом.

⚗️ Спектроскопическая инновация

Ключом к успеху Мариньяка стало применение усовершенствованных спектроскопических методов. Он наблюдал ранее неизвестные линии поглощения в ближней инфракрасной области, которые постоянно появлялись в определённых фракциях разделённых образцов эрбия.

С помощью систематической дробной кристаллизации соединений эрбия Мариньяк выделил компонент, оптические свойства которого заметно отличались от свойств любого известного редкоземельного элемента. Характерные линии поглощения на длинах волн 977 и 1015 нанометров стали убедительным доказательством существования нового элемента.

🏆 Полное наследие Иттербю

Назвав открытый элемент «иттербием», Мариньяк завершил выдающийся вклад карьера Иттербю в периодическую таблицу. Теперь этот небольшой шведский населённый пункт дал названия иттрию (1794), эрбию (1843), тербию (1843) и иттербию (1878) — уникальное достижение в истории химии.

🔬 Трудности подтверждения

Открытие иттербия Мариньяком первоначально вызвало скептицизм научного сообщества из-за чрезвычайного химического сходства соседних лантаноидов. Для окончательного подтверждения потребовалась независимая проверка несколькими исследовательскими группами с использованием различных аналитических методов.

⚛️ Путаница с лютецием

В 1907 году выяснилось, что «иттербий» Мариньяка содержит два различных элемента. Выделенное им вещество на самом деле было смесью иттербия и лютеция (элемент 71). Это открытие привело к спору о приоритете между Georges Urbain во Франции и Carl Auer von Welsbach в Австрии: кто первым разделил эти два элемента.

🔬 Современное признание

Сегодня мы признаём фундаментальный вклад Мариньяка в химию редкоземельных элементов, хотя его исходный образец «иттербия» содержал несколько элементов. Его систематический подход к разделению и спектроскопическому анализу заложил методы, благодаря которым стали возможны последующие открытия.

Элемент, который Мариньяк кропотливо выделял с помощью методов XIX века, сегодня позволяет выполнять самые точные в мире измерения времени и пространства, показывая, что фундаментальные научные открытия могут иметь применения, далеко выходящие за пределы замыслов их первооткрывателей.

🏅 Научное признание

Работа Мариньяка над редкоземельными элементами принесла ему международное признание и помогла утвердить Швейцарию как центр прецизионной аналитической химии. Его методы оказали влияние на поколения химиков и способствовали современному пониманию строения атома и периодической таблицы.

Применение

Для чего используется иттербий

Элемент технологий высокой точности

Иттербий стал важнейшим элементом для прецизионных технологий нового поколения, квантовой науки и исследований передовых материалов. Несмотря на то что он относится к менее распространённым редкоземельным элементам, уникальные электронные и оптические свойства иттербия сделали его незаменимым для передовых научных приборов и развивающихся квантовых технологий.

⚛️ Революция атомных часов

Атомные часы на основе иттербия обеспечивают высочайшую точность измерения времени: их погрешность так мала, что за весь возраст Вселенной они отстали бы менее чем на одну секунду. В этих оптических решёточных часах охлаждённые лазером атомы иттербия удерживаются в кристаллических структурах света, что позволяет измерять время с беспрецедентной точностью.

Оптические часы на основе иттербия работают на частотах, более чем в 100 000 раз превышающих частоты цезиевых атомных часов. Это позволяет обнаруживать эффекты гравитационного замедления времени при разнице высот всего в несколько сантиметров. Такие возможности меняют подход к исследованиям фундаментальной физики и позволяют проводить новые проверки теорий относительности Эйнштейна.

🌐 Технологии GPS нового поколения

Атомные часы на основе иттербия разрабатываются для навигационных спутниковых систем нового поколения, которые обеспечат точность позиционирования до сантиметров, а не метров. Эти сверхточные часы позволят управлять навигацией автономных транспортных средств, развивать точное земледелие и выполнять научные измерения, требующие исключительно высокой точности определения положения.

🔬 Измерение напряжений и деформаций

Волоконно-оптические датчики с иттербием обеспечивают сверхчувствительное измерение деформаций и температуры для мониторинга состояния мостов, зданий, самолётов и космических аппаратов. Эти датчики способны обнаруживать деформации, меньшие ширины атома, что позволяет проводить профилактическое обслуживание и контролировать безопасность важнейшей инфраструктуры.

💎 Передовые лазерные системы

Иттербиевые волоконные лазеры обеспечивают выдающиеся характеристики при обработке материалов, научных исследованиях и промышленных применениях. Эти мощные и эффективные лазерные системы способны разрезать самые толстые металлы, сваривать разнородные материалы с исключительной точностью и обеспечивать передовые методы производства, невозможные для обычных лазеров.

⚛️ Компоненты квантовых компьютеров

Ионы иттербия служат кубитами в квантовых компьютерах с ионными ловушками благодаря исключительно длительному времени квантовой когерентности. Ведущие компании в области квантовых вычислений используют системы на основе иттербия для обработки квантовой информации, квантового моделирования и квантовых сетей.

🧮 Прецизионные научные приборы

Уникальная электронная структура иттербия делает его ценным для передовой спектроскопии, контрастных веществ для магнитно-резонансной томографии и приборов точного измерения. Исследовательские лаборатории по всему миру используют системы на основе иттербия для экспериментов по фундаментальной физике и определения характеристик материалов.

🎯 Улучшение медицинской визуализации

Соединения иттербия служат контрастными веществами для передовых методов медицинской визуализации, включая компьютерную томографию и специализированные рентгеновские процедуры. По сравнению с обычными альтернативами эти вещества обеспечивают более высокую контрастность изображений и одновременно снижают радиационную нагрузку на пациента.

🌟 Применение для высокой точности и производительности

  • ⏰ Точное измерение времени: Сверхточные оптические часы для научных исследований и GPS-систем
  • 🏭 Промышленные лазеры: Мощные волоконные лазеры для резки, сварки и обработки материалов
  • 🏗️ Мониторинг конструкций: Волоконно-оптические датчики деформации для мостов, зданий и аэрокосмической техники
  • 🖥️ Квантовые вычисления: Кубиты в ионных ловушках и системы обработки квантовой информации
  • 🏥 Медицинская визуализация: Контрастные вещества для компьютерной томографии и специализированных рентгеновских применений
  • 📡 Телекоммуникации: Волоконно-оптические усилители и фотонные устройства

💰 Высокодоходные нишевые рынки

Применения иттербия ориентированы на премиальные сегменты рынка, где исключительные характеристики оправдывают более высокую стоимость. Только рынок атомных часов ежегодно оценивается более чем в $500 миллионов, причём системы на основе иттербия стоят дороже остальных благодаря превосходным характеристикам.

🔬 Двигатель исследований и разработок

Крупные технологические компании, включая Google, IBM и IonQ, активно инвестируют в исследования квантовых вычислений на основе иттербия. Государственные учреждения по всему миру финансируют разработку атомных часов на основе иттербия для навигации нового поколения и научных применений.

📈 Рост развивающегося рынка

Коммерциализация квантовых технологий стимулирует быстрый рост спроса на иттербий. Ожидается, что мировой рынок квантовых вычислений к 2030 году достигнет $65 миллиардов, причём системы с ионными ловушками на основе иттербия составят значительную его часть.

🏆 Лидерство по характеристикам

Системы на основе иттербия постоянно устанавливают новые рекорды производительности в своих областях применения. От самых точных в мире часов до самых мощных промышленных волоконных лазеров — иттербий обеспечивает прорывные возможности в самых разных технологических секторах.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

🌍 Умеренная распространённость, сосредоточенные источники

Содержание иттербия в земной коре составляет примерно 3,2 части на миллион, поэтому по распространённости он примерно сопоставим с оловом и встречается значительно чаще многих других тяжёлых редкоземельных элементов. Однако экономически выгодные месторождения иттербия географически сосредоточены, а их переработка представляет техническую сложность.

🏔️ Основные минеральные источники

  • Глины ионно-адсорбционного типа: Наибольшие концентрации иттербия в выветрелых гранитных месторождениях
  • Ксенотим: Фосфатный минерал тяжёлых редкоземельных элементов (8–15% Yb₂O₃)
  • Монацит: Торийнесодержащий фосфат в месторождениях пляжных песков
  • Бастнезит: Карбонат лёгких редкоземельных элементов с небольшим содержанием иттербия

🌏 Мировые центры производства

Китай (85% мирового производства): Месторождения ионно-адсорбционных глин на юге Китая, в провинциях Цзянси, Гуандун и Фуцзянь, содержат наиболее значительные в мире концентрации иттербия. Эти месторождения сформировались в результате тропического выветривания гранитных интрузий на протяжении миллионов лет.

Австралия: Месторождение редкоземельных элементов Маунт-Уэлд содержит значительные запасы иттербия, хотя в настоящее время переработка ориентирована на извлечение лёгких редкоземельных элементов. В будущем расширение производства может включать установки для разделения тяжёлых редкоземельных элементов.

Малайзия: Завод Lynas Advanced Materials Plant перерабатывает австралийский концентрат для получения разделённых оксидов редкоземельных элементов, включая оксид иттербия высокой чистоты для прецизионных применений.

⚒️ Передовые технологии разделения

Разделение иттербия требует сложных многостадийных процессов из-за эффектов лантаноидного сжатия. Экстракция растворителями с использованием специальных фосфоновых кислот позволяет избирательно отделять иттербий от других тяжёлых редкоземельных элементов, хотя для полной очистки требуются десятки стадий экстракции.

Сверхчистый иттербий (99,999%), необходимый для атомных часов, требует дополнительной очистки с помощью зонной плавки, сублимации и специальных методов выращивания кристаллов.

🔬 Проблемы контроля качества

Прецизионные применения требуют иттербия с минимальным содержанием примесей, особенно переходных металлов, которые могут влиять на оптические и электронные свойства. Передовые аналитические методы, включая ICP-MS и оптическую спектроскопию, обеспечивают соответствие характеристик продукции строгим требованиям конкретных применений.

♻️ Стратегическая переработка

Высокая стоимость иттербия делает его переработку экономически привлекательной. Специализированные процессы позволяют извлекать сверхчистый иттербий из отслуживших научных приборов, лазерных систем и оборудования для квантовых вычислений.

🌊 Альтернативные источники

Глубоководные полиметаллические конкреции содержат значительные концентрации иттербия и в будущем могут обеспечить диверсификацию поставок. Исследования извлечения из морской воды продолжаются, хотя современные технологии делают морские источники экономически невыгодными.

📊 Безопасность цепочек поставок

Учитывая значение иттербия для квантовых технологий и систем точного измерения времени, диверсификация цепочек поставок стала стратегическим приоритетом для технологически зависимых стран. Инвестиции в альтернативные мощности по переработке за пределами Китая растут.

Обращение

Безопасность

⚠️ Безопасность в лаборатории и при работе с прецизионными приборами

🟢 Классификация: низкая опасность

Иттербий и его соединения при обычных лабораторных условиях представляют минимальный риск токсичности. Для большинства применений достаточно стандартных процедур безопасности, однако особое внимание следует уделять лазерной безопасности и требованиям к работе со сверхчистыми материалами.

🥽 Стандартные средства защиты

  • Защита глаз: Защитные очки при обычной работе, лазерные защитные очки для оптических систем
  • Защита рук: Чистые нитриловые перчатки для предотвращения загрязнения материалов высокой чистоты
  • Защита органов дыхания: Противопылевая маска при работе с порошкообразными соединениями
  • Одежда для чистых помещений: Специальная одежда для работы со сверхчистыми материалами

⚗️ Сохранение чистоты

Контроль загрязнения: Сверхчистый иттербий для атомных часов необходимо обрабатывать в чистых помещениях. Даже следовые загрязнения могут ухудшить характеристики систем точного измерения времени.

Лазерная безопасность: Иттербиевые волоконные лазеры способны создавать чрезвычайно высокую оптическую мощность, поэтому требуют соблюдения протоколов безопасности для лазеров класса 4, включая зоны с контролируемым доступом, системы предупреждения и специальное обучение.

🔬 Протоколы работы с прецизионными приборами

Применения в атомных часах и квантовых вычислениях требуют специальных процедур обращения для поддержания сверхнизкого уровня загрязнения. Работы необходимо выполнять в контролируемой атмосфере с использованием сверхчистых материалов и специальных инструментов.

🚨 Аварийные процедуры

  • Попадание в глаза: Промывать чистой водой в течение 15 минут, обратиться за медицинской помощью
  • Попадание на кожу: Тщательно промыть водой с мылом
  • Вдыхание: Выйти на свежий воздух, наблюдать за появлением симптомов со стороны органов дыхания
  • Воздействие лазера: Немедленно прекратить воздействие, обратиться за медицинской помощью

🗄️ Требования к хранению

Хранить соединения иттербия в контейнерах с инертной атмосферой для предотвращения окисления и загрязнения. Для сверхчистых материалов требуются специальные системы хранения с контролируемыми температурой, влажностью и составом атмосферы.

♻️ Возврат ценного материала

Учитывая высокую стоимость иттербия и его специализированные применения, все отходы следует собирать для переработки. Компоненты прецизионных приборов могут содержать извлекаемые количества сверхчистого иттербия, переработка которого имеет значительную экономическую ценность.

📊 Обеспечение качества

Предельно допустимая концентрация в рабочей зоне: 5 mg/m³ в качестве средневзвешенного по времени значения за 8-часовой рабочий день для соединений иттербия. Для прецизионных применений необходим регулярный анализ чистоты, чтобы гарантировать соответствие продукции установленным характеристикам.

🌡️ Контроль окружающей среды

Прецизионные применения иттербия требуют контролируемых условий окружающей среды, включая стабильность температуры (±0.1°C), низкий уровень вибрации и электромагнитное экранирование для предотвращения ухудшения характеристик.

Краткие ответы

Иттербий: часто задаваемые вопросы

What is Иттербий?

Иттербий (symbol Yb) is element 70 on the periodic table, a лантаноид 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 Иттербий?

Иттербий'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 Иттербий?

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

What is the atomic mass of Иттербий?

The standard atomic weight of Иттербий 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 Иттербий?

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

What is the electronegativity of Иттербий?

Иттербий 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 Иттербий, and when?

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

How common is Иттербий on Earth?

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