Iterbio es un elemento químico con el símbolo Yb y número atómico 70. Es la decimocuarta y penúltima elemento en el lantánido serie, que es la base de la estabilidad relativa de su 2 estado de oxidación . Sin embargo, al igual que los otros lantánidos, su estado de oxidación más común es +3, como en su óxido , haluros y otros compuestos. En solución acuosa, al igual que los compuestos de otros lantánidos tardíos, los compuestos solubles de iterbio forman complejos con nueve moléculas de agua. Debido a su configuración electrónica de capa cerrada, su densidad y puntos de fusión y ebullición difieren significativamente de los de la mayoría de los otros lantánidos.
Iterbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronunciación | / Ɪ t ɜr b i ə m / | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Apariencia | blanco plateado; con un tinte amarillo pálido [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atómico estándar A r, estándar (Yb) | 173.045 (10) [2] [3] [4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Iterbio en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número atómico ( Z ) | 70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo n / a | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cuadra | f-bloque | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electronica | [ Xe ] 4f 14 6s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrones por capa | 2, 8, 18, 32, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase en STP | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de fusion | 1097 K (824 ° C, 1515 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | 1469 K (1196 ° C, 2185 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad (cerca de rt ) | 6,90 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cuando es líquido (a mp ) | 6,21 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusión | 7,66 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de vaporización | 129 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica molar | 26,74 J / (mol · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor
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Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | 0, [5] +1, +2, +3 (un óxido básico ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | Escala de Pauling: 1,1 (?) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energías de ionización |
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Radio atómico | empírico: 176 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 187 ± 8 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Líneas espectrales de iterbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocurrencia natural | primordial | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | cúbico centrado en la cara (fcc) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad de sonido varilla fina | 1590 m / s (a 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expansión térmica | β, poli: 26,3 µm / (m⋅K) ( rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 38,5 W / (m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Resistividad electrica | β, poli: 0,250 µΩ⋅m (a rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Orden magnético | paramagnético | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Susceptibilidad magnética molar | +249,0 × 10 −6 cm 3 / mol (2928 K) [6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El módulo de Young | Forma β: 23,9 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de corte | Forma β: 9,9 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de volumen | Forma β: 30,5 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Relación de Poisson | forma β: 0,207 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Vickers | 205–250 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Brinell | 340–440 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-64-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Historia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nombrar | después de Ytterby (Suecia), donde se extrajo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descubrimiento | Jean Charles Galissard de Marignac (1878) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Primer aislamiento | Carl Auer von Welsbach (1906) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos principales del iterbio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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En 1878, el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac separó de las tierras raras "erbia" otro componente independiente, al que llamó " ytterbia ", para Ytterby , el pueblo de Suecia cerca de donde encontró el nuevo componente de erbio . Sospechaba que iterbia era un compuesto de un nuevo elemento al que llamó "iterbio" (en total, cuatro elementos recibieron el nombre de la aldea, siendo los otros itrio , terbio y erbio ). En 1907, la tierra nueva "lutecia" se separó de iterbia, del cual Georges Urbain , Carl Auer von Welsbach y Charles James extrajeron el elemento "lutecio" (ahora lutecio ) . Después de alguna discusión, se mantuvo el nombre de Marignac "iterbio". No se obtuvo una muestra relativamente pura del metal hasta 1953. En la actualidad, el iterbio se utiliza principalmente como dopante de acero inoxidable o como medio láser activo , y con menos frecuencia como fuente de rayos gamma .
El iterbio natural es una mezcla de siete isótopos estables, que en total están presentes en concentraciones de 0,3 partes por millón . Este elemento se extrae en China, Estados Unidos, Brasil e India en forma de minerales monacita , euxenita y xenotima . La concentración de iterbio es baja porque se encuentra solo entre muchos otros elementos de tierras raras ; además, se encuentra entre los menos abundantes. Una vez extraído y preparado, el iterbio es algo peligroso como irritante para los ojos y la piel. El metal es un peligro de incendio y explosión.
Caracteristicas
Propiedades físicas
Iterbio es un suave, maleable y dúctil elemento químico que muestra un plateado brillante brillo cuando puro. Es un elemento de tierras raras y los ácidos minerales fuertes lo disuelven fácilmente . Se reacciona lentamente con el frío del agua y se oxida lentamente en el aire. [7]
El iterbio tiene tres alótropos etiquetados con las letras griegas alfa, beta y gamma; sus temperaturas de transformación son -13 ° C y 795 ° C, [7] aunque la temperatura de transformación exacta depende de la presión y la tensión . [8] El beta alótropo (6,966 g / cm 3 ) existe a temperatura ambiente y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras . El alótropo gamma de alta temperatura (6,57 g / cm 3 ) tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo . [7] El alfa alótropo (6,903 g / cm 3 ) tiene una estructura cristalina hexagonal y es estable a bajas temperaturas. [9] El beta alótropo tiene una conductividad eléctrica metálica a presión atmosférica normal, pero se convierte en semiconductor cuando se expone a una presión de aproximadamente 16.000 atmósferas (1,6 GPa ). Su resistividad eléctrica aumenta diez veces después de la compresión a 39,000 atmósferas (3.9 GPa), pero luego cae a aproximadamente el 10% de su resistividad a temperatura ambiente a aproximadamente 40,000 atm (4.0 GPa). [7] [10]
A diferencia de otros metales de tierras raras, que suelen tener propiedades antiferromagnéticas y / o ferromagnéticas a bajas temperaturas , el iterbio es paramagnético a temperaturas superiores a 1,0 kelvin . [11] Sin embargo, el alótropo alfa es diamagnético . [8] Con un punto de fusión de 824 ° C y un punto de ebullición de 1196 ° C, el iterbio tiene el rango líquido más pequeño de todos los metales. [7]
A diferencia de la mayoría de los otros lantánidos, que tienen una red hexagonal compacta, el iterbio cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras. El iterbio tiene una densidad de 6,973 g / cm 3 , que es significativamente más baja que la de los lantánidos vecinos, el tulio (9,32 g / cm 3 ) y el lutecio (9,841 g / cm 3 ). Sus puntos de fusión y ebullición también son significativamente más bajos que los del tulio y el lutecio. Esto se debe a la configuración electrónica de capa cerrada del iterbio ([Xe] 4f 14 6s 2 ), que hace que solo los dos electrones 6s estén disponibles para la unión metálica (en contraste con los otros lantánidos donde hay tres electrones disponibles) y aumenta radio metálico del iterbio . [9]
Propiedades químicas
El iterbio se empaña lentamente en el aire, adquiriendo un tono dorado o marrón. El iterbio finamente disperso se oxida fácilmente en el aire y bajo oxígeno. Las mezclas de iterbio en polvo con politetrafluoroetileno o hexacloroetano arden con una llama luminosa de color verde esmeralda. [12] El iterbio reacciona con el hidrógeno para formar varios hidruros no estequiométricos . El iterbio se disuelve lentamente en agua, pero rápidamente en ácidos, liberando gas hidrógeno. [9]
El iterbio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de iterbio (III): [13]
- 2 Yb (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Yb (OH) 3 (ac) + 3 H 2 (g)
El iterbio reacciona con todos los halógenos : [13]
- 2 Yb (s) + 3 F 2 (g) → 2 YbF 3 (s) [blanco]
- 2 Yb (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 YbCl 3 (s) [blanco]
- 2 Yb (s) + 3 Br 2 (g) → 2 YbBr 3 (s) [blanco]
- 2 Yb (s) + 3 I 2 (g) → 2 YbI 3 (s) [blanco]
El ion iterbio (III) absorbe luz en el rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano, pero no en la luz visible , por lo que el iterbio , Yb 2 O 3 , es de color blanco y las sales de iterbio también son incoloras. El iterbio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones incoloros Yb (III), que existen como complejos no hidratos de carbono: [13]
- 2 Yb (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) + 18 H
2O (l) → 2 [Yb (H 2 O) 9 ] 3+ (aq) + 3 SO2−
4(ac) + 3 H 2 (g)
Yb (II) frente a Yb (III)
Aunque generalmente es trivalente, el iterbio forma fácilmente compuestos divalentes. Este comportamiento es inusual para los lantánidos , que forman casi exclusivamente compuestos con un estado de oxidación de +3. El estado +2 tiene una configuración de electrones de valencia de 4 f 14 porque la capa f completamente llena proporciona más estabilidad. El ión de iterbio (II) de color amarillo verdoso es un agente reductor muy fuerte y descompone el agua, liberando gas hidrógeno y, por lo tanto, solo el ión de iterbio (III) incoloro se encuentra en solución acuosa . El samario y el tulio también se comportan de esta manera en el estado +2, pero el europio (II) es estable en solución acuosa. El iterbio se comporta de manera similar al europio y los metales alcalinotérreos, disolviéndose en amoníaco para formar sales electridas azules . [9]
Isótopos
El iterbio natural se compone de siete isótopos estables : 168 Yb, 170 Yb, 171 Yb, 172 Yb, 173 Yb, 174 Yb y 176 Yb, siendo 174 Yb el más común, con un 31,8% de la abundancia natural ). Se han observado 27 radioisótopos , siendo los más estables 169 Yb con una vida media de 32,0 días, 175 Yb con una vida media de 4,18 días y 166 Yb con una vida media de 56,7 horas. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a dos horas, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 20 minutos. El iterbio también tiene 12 estados meta , siendo el más estable 169 m Yb ( t 1/2 46 segundos). [14] [15]
Los isótopos de iterbio varían en peso atómico desde 147,9674 unidad de masa atómica (u) para 148 Yb a 180,9562 u para 181 Yb. El modo de desintegración primario de los isótopos de iterbio más ligeros que el isótopo estable más abundante, 174 Yb, es la captura de electrones , y el modo de desintegración primario para los que pesan más de 174 Yb es la desintegración beta . Los productos de desintegración primarios de los isótopos de iterbio más ligeros que 174 Yb son isótopos de tulio , y los productos de desintegración primarios de los isótopos de iterbio con un peso superior a 174 Yb son isótopos de lutecio . [14] [15]
Ocurrencia
El iterbio se encuentra con otros elementos de tierras raras en varios minerales raros . Con mayor frecuencia se recupera comercialmente de arena de monacita (0,03% de iterbio). El elemento también se encuentra en euxenita y xenotime . Las principales áreas mineras son China , Estados Unidos , Brasil , India , Sri Lanka y Australia . Las reservas de iterbio se estiman en un millón de toneladas . El iterbio es normalmente difícil de separar de otras tierras raras, pero las técnicas de intercambio iónico y extracción con disolventes desarrolladas a mediados y finales del siglo XX han simplificado la separación. Los compuestos de iterbio son raros y aún no se han caracterizado bien. La abundancia de iterbio en la corteza terrestre es de unos 3 mg / kg. [10]
Como un lantánido de número par, de acuerdo con la regla de Oddo-Harkins , el iterbio es significativamente más abundante que sus vecinos inmediatos, el tulio y el lutecio , que se encuentran en el mismo concentrado a niveles de aproximadamente 0,5% cada uno. La producción mundial de iterbio es solo de unas 50 toneladas por año, lo que refleja que tiene pocas aplicaciones comerciales. [10] Las trazas microscópicas de iterbio se utilizan como dopante en el láser Yb: YAG , un láser de estado sólido en el que el iterbio es el elemento que experimenta una emisión estimulada de radiación electromagnética . [dieciséis]
El iterbio es a menudo el sustituto más común de los minerales de itrio . En muy pocos casos / ocurrencias conocidas, el iterbio prevalece sobre el itrio, como, por ejemplo, en xenotime - (Yb). Se conoce un informe de iterbio nativo del regolito de la Luna. [17]
Producción
Es relativamente difícil separar el iterbio de otros lantánidos debido a sus propiedades similares. Como resultado, el proceso es algo largo. Primero, los minerales como la monacita o la xenotima se disuelven en varios ácidos, como el ácido sulfúrico . El iterbio se puede separar de otros lantánidos mediante intercambio iónico , al igual que otros lantánidos. Luego, la solución se aplica a una resina , a la que se unen diferentes lantánidos en diferentes materias. A continuación, este se disuelve utilizando agentes complejantes y, debido a los diferentes tipos de unión que presentan los diferentes lantánidos, es posible aislar los compuestos. [18] [19]
El iterbio se separa de otras tierras raras por intercambio iónico o por reducción con amalgama de sodio. En el último método, una solución ácida tamponada de tierras raras trivalentes se trata con una aleación de sodio-mercurio fundida, que reduce y disuelve Yb 3+ . La aleación se trata con ácido clorhídrico. El metal se extrae de la solución como oxalato y se convierte en óxido por calentamiento. El óxido se reduce a metal calentando con lantano , aluminio , cerio o circonio a alto vacío. El metal se purifica por sublimación y se recoge sobre una placa condensada. [20]
Compuestos
El comportamiento químico del iterbio es similar al del resto de los lantánidos . La mayoría de los compuestos de iterbio se encuentran en el estado de oxidación +3 y sus sales en este estado de oxidación son casi incoloras. Al igual que el europio , el samario y el tulio , los trihaluros de iterbio pueden reducirse a dihaluros mediante hidrógeno , polvo de zinc o mediante la adición de iterbio metálico. [9] El estado de oxidación +2 ocurre solo en compuestos sólidos y reacciona de alguna manera de manera similar a los compuestos de metales alcalinotérreos ; por ejemplo, el óxido de iterbio (II) (YbO) muestra la misma estructura que el óxido de calcio (CaO). [9]
Haluros
El iterbio forma tanto dihaluros como trihaluros con los halógenos flúor , cloro , bromo y yodo . Los dihaluros son susceptibles a la oxidación a trihaluros a temperatura ambiente y desproporcionados a los trihaluros e iterbio metálico a alta temperatura: [9]
- 3 YbX 2 → 2 YbX 3 + Yb (X = F , Cl , Br , I )
Algunos haluros de iterbio se utilizan como reactivos en síntesis orgánica . Por ejemplo, el cloruro de iterbio (III) (YbCl 3 ) es un ácido de Lewis y puede usarse como catalizador en las reacciones de Aldol [21] y Diels-Alder . [22] Se puede usar yoduro de iterbio (II) (YbI 2 ), como yoduro de samario (II) , como agente reductor para reacciones de acoplamiento . [23] El iterbio (III) fluoruro (YBF 3 ) se utiliza como un material inerte y no tóxico de llenado del diente , ya que libera continuamente fluoruro iones, que son buenas para la salud dental, y es también un buen agente de contraste para rayos X . [24]
Óxidos
El iterbio reacciona con el oxígeno para formar óxido de iterbio (III) (Yb 2 O 3 ), que cristaliza en la estructura de "sesquióxido de tipo C de tierras raras" que está relacionada con la estructura de la fluorita con una cuarta parte de los aniones eliminados, lo que lleva al iterbio. átomos en dos entornos diferentes de seis coordenadas (no octaédricos). [25] El óxido de iterbio (III) se puede reducir a óxido de iterbio (II) (YbO) con iterbio elemental, que cristaliza en la misma estructura que el cloruro de sodio . [9]
Historia
El iterbio fue descubierto por el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac en el año 1878. Mientras examinaba muestras de gadolinita , Marignac encontró un nuevo componente en la tierra conocido entonces como erbia , y lo llamó ytterbia, por Ytterby , el pueblo sueco cerca de donde encontró el nuevo componente del erbio. Marignac sospechaba que la iterbia era un compuesto de un nuevo elemento al que llamó "iterbio". [10] [24] [26] [27] [28]
En 1907, el químico francés Georges Urbain separó la ytterbia de Marignac en dos componentes: neoytterbia y lutecia. Neoytterbia más tarde se conoció como el elemento iterbio, y la lutecia se conoció como el elemento lutecio . El químico austríaco Carl Auer von Welsbach aisló independientemente estos elementos de iterbia aproximadamente al mismo tiempo, pero los llamó aldebaranium y cassiopeium; [10] el químico estadounidense Charles James también aisló de forma independiente estos elementos aproximadamente al mismo tiempo. [29] Urbain y Welsbach se acusaron mutuamente de publicar resultados basados en la otra parte. [30] [31] [32] La Comisión de Masa Atómica, formada por Frank Wigglesworth Clarke , Wilhelm Ostwald y Georges Urbain, que entonces era responsable de la atribución de nuevos nombres de elementos, resolvió la disputa en 1909 al otorgar prioridad a Urbain. y adoptar sus nombres como oficiales, basándose en el hecho de que la separación del lutecio del iterbio de Marignac fue descrita por primera vez por Urbain. [30] Después de que se reconocieron los nombres de Urbain, el neoytterbium volvió a ser iterbio.
Las propiedades químicas y físicas del iterbio no pudieron determinarse con precisión hasta 1953, cuando se produjo el primer metal de iterbio casi puro mediante el uso de procesos de intercambio iónico . [10] El precio del iterbio se mantuvo relativamente estable entre 1953 y 1998 en unos 1.000 dólares EE.UU. / kg. [33]
Aplicaciones
Fuente de rayos gamma
El isótopo 169 Yb (con una vida media de 32 días), que se crea junto con el isótopo 175 Yb de vida corta (vida media 4,2 días) por activación de neutrones durante la irradiación de iterbio en reactores nucleares , se ha utilizado como una fuente de radiación en máquinas portátiles de rayos X. Al igual que los rayos X, los rayos gamma emitidos por la fuente atraviesan los tejidos blandos del cuerpo, pero son bloqueados por huesos y otros materiales densos. Por lo tanto, pequeñas muestras de 169 Yb (que emiten rayos gamma) actúan como diminutas máquinas de rayos X útiles para la radiografía de objetos pequeños. Los experimentos muestran que las radiografías tomadas con una fuente de 169 Yb son aproximadamente equivalentes a las tomadas con rayos X que tienen energías entre 250 y 350 keV. 169 Yb también se utiliza en medicina nuclear . [34]
Relojes atómicos de alta estabilidad
Los relojes de iterbio tienen el récord de estabilidad con garrapatas estables dentro de menos de dos partes en 1 quintillón (2 × 10 −18 ). [35] Los relojes desarrollados en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) se basan en aproximadamente 10,000 átomos de tierras raras enfriados a 10 microkelvin (10 millonésimas de grado por encima del cero absoluto ) y atrapados en una red óptica, una serie de panqueques -pozos en forma de luz láser. Otro láser que "marca" 518 billones de veces por segundo provoca una transición entre dos niveles de energía en los átomos. La gran cantidad de átomos es clave para la alta estabilidad de los relojes.
Las ondas de luz visible oscilan más rápido que las microondas y, por lo tanto, los relojes ópticos pueden ser más precisos que los relojes atómicos de cesio . El Physikalisch-Technische Bundesanstalt está trabajando en varios de estos relojes ópticos. El modelo con un solo ión de iterbio atrapado en una trampa de iones es muy preciso. El reloj óptico basado en él es exacto a 17 dígitos después del punto decimal. [36] Un par de relojes atómicos experimentales basados en átomos de iterbio en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ha establecido un récord de estabilidad. Los físicos del NIST informaron en la edición del 22 de agosto de 2013 de Science Express que los tics de los relojes de iterbio son estables dentro de menos de dos partes en 1 quintillón (1 seguido de 18 ceros), aproximadamente 10 veces mejor que los mejores resultados publicados anteriormente para otros relojes atómicos. Los relojes serían precisos en un segundo durante un período comparable a la edad del universo. [37]
Dopaje de acero inoxidable
El iterbio también se puede utilizar como dopante para ayudar a mejorar el refinamiento del grano, la resistencia y otras propiedades mecánicas del acero inoxidable . Algunas aleaciones de iterbio rara vez se han utilizado en odontología . [7] [10]
Iterbio como dopante de medios activos
El ion Yb 3+ se utiliza como material de dopaje en medios láser activos , específicamente en láseres de estado sólido y láseres de fibra de doble revestimiento . Los láseres de iterbio son muy eficientes, tienen una vida útil prolongada y pueden generar pulsos cortos; El iterbio también se puede incorporar fácilmente al material utilizado para fabricar el láser. [38] Los láseres de iterbio normalmente irradian en la banda de 1,06 a 1,12 µm y se bombean ópticamente a una longitud de onda de 900 nm a 1 µm, según el anfitrión y la aplicación. El pequeño defecto cuántico convierte al iterbio en un posible dopante para láseres eficientes y escalado de potencia . [39]
La cinética de las excitaciones en materiales dopados con iterbio es simple y puede describirse dentro del concepto de secciones transversales efectivas ; para la mayoría de los materiales láser dopados con iterbio (como para muchos otros medios de ganancia bombeados ópticamente), se mantiene la relación McCumber , [40] [41] [42] aunque la aplicación a los materiales compuestos dopados con iterbio estaba en discusión. [43] [44]
Por lo general, se utilizan concentraciones bajas de iterbio. A concentraciones elevadas, los materiales dopados con iterbio muestran fotooscurecimiento [45] (fibras de vidrio) o incluso un cambio a emisión de banda ancha [46] (cristales y cerámicas) en lugar de una acción láser eficiente. Este efecto puede estar relacionado no solo con el sobrecalentamiento, sino también con las condiciones de compensación de carga a altas concentraciones de iones de iterbio. [47]
Se ha avanzado mucho en los láseres y amplificadores de escala de potencia producidos con fibras ópticas dopadas con iterbio (Yb). Los niveles de potencia han aumentado desde los regímenes de 1 kW debido a los avances en los componentes, así como en las fibras dopadas con Yb. La fabricación de fibras de área de modo grande y baja NA permite lograr calidades de haz casi perfectas (M2 <1,1) a niveles de potencia de 1,5 kW a más de 2 kW a ~ 1064 nm en una configuración de banda ancha. [48] Las fibras LMA dopadas con iterbio también tienen las ventajas de un diámetro de campo de modo más grande, que niega los impactos de los efectos no lineales como la dispersión de Brillouin estimulada y la dispersión de Raman estimulada , que limitan el logro de niveles de potencia más altos y proporcionan una ventaja distintiva sobre fibras dopadas con iterbio monomodo.
Para lograr niveles de potencia aún más altos en sistemas de fibra a base de iterbio. se deben considerar todos los factores de la fibra. Esto solo se puede lograr mediante la optimización de todos los parámetros de la fibra de iterbio, que van desde las pérdidas de fondo del núcleo hasta las propiedades geométricas, para reducir las pérdidas de empalme dentro de la cavidad. El escalado de potencia también requiere la optimización de la correspondencia de fibras pasivas dentro de la cavidad óptica. [49] La optimización del vidrio dopado con iterbio en sí a través de la modificación del vidrio anfitrión de varios dopantes también juega un papel importante en la reducción de la pérdida de fondo del vidrio, mejoras en la eficiencia de la pendiente de la fibra y un mejor rendimiento de fotooscuración, todo lo cual contribuye a mayores niveles de potencia en sistemas de 1 µm.
Qubits de iones para computación cuántica
El ion cargado 171 Yb + se utiliza en qubits de iones atrapados en la computación cuántica . [50] Las puertas de enredo , como la puerta Mølmer-Sørensen , se han logrado direccionando los iones con láseres de pulso de modo bloqueado . [51]
Otros
El iterbio aumenta su resistividad eléctrica cuando se somete a grandes esfuerzos. Esta propiedad se utiliza en medidores de tensión para monitorear las deformaciones del suelo por terremotos y explosiones. [52]
Actualmente, el iterbio se está investigando como un posible reemplazo del magnesio en cargas útiles pirotécnicas de alta densidad para bengalas de señuelo de infrarrojos cinemáticos . Como el óxido de iterbio (III) tiene una emisividad significativamente mayor en el rango de infrarrojos que el óxido de magnesio , se obtiene una mayor intensidad radiante con cargas útiles a base de iterbio en comparación con las que se basan comúnmente en magnesio / teflón / vitón (MTV). [53]
Precauciones
Aunque el iterbio es bastante estable químicamente, se almacena en recipientes herméticos y en una atmósfera inerte, como una caja seca llena de nitrógeno, para protegerlo del aire y la humedad. [54] Todos los compuestos de iterbio se tratan como altamente tóxicos , aunque los estudios parecen indicar que el peligro es mínimo. Sin embargo, los compuestos de iterbio causan irritación en la piel y los ojos humanos, y algunos pueden ser teratogénicos . [55] El polvo de iterbio metálico puede arder espontáneamente, [56] y los vapores resultantes son peligrosos. Los incendios de iterbio no se pueden extinguir con agua, y solo los extintores de incendios de clase D de químico seco pueden extinguir los incendios. [57]
Referencias
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Otras lecturas
- Guía de los elementos - Edición revisada , Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1
enlaces externos
- Es elemental - iterbio
- . Encyclopædia Britannica (11ª ed.). 1911.
- Enciclopedia de geoquímica - iterbio