Element 70 · Lanthanide

Ytterbium (Yb)

Ytterbium (Yb) is het element met atoomnummer 70, een zacht, zilverachtig lanthanide met enkele eigenwijze trekjes. Het heeft een lager smeltpunt en een lagere dichtheid dan zijn buren, omdat zijn 4f-schil helemaal gevuld is. In de wetenschap is ytterbium een ster: atoomklokken met ytterbiumatomen behoren tot de nauwkeurigste klokken ooit gebouwd. Verder vindt het toepassing in krachtige vezellasers.

Ytterbium in cijfers
SymboolYb
Atoomnummer70
Atoommassa173,05 u
CategorieLanthanide
Groep— (f-blok)
Periode6
Blokf-blok
Fase bij 20 °Cvast
Smeltpunt824 °C
Kookpunt1196 °C
Dichtheid6,90 g/cm³
Elektronenconfiguratie[Xe] 4f14 6s2
Elektronen per schil2, 8, 18, 32, 8, 2
Elektronegativiteit (Pauling)onbekend
Oxidatiegetallen+2, +3
Ontdekt1878 door Jean Charles Galissard de Marignac
Engelse naamYtterbium

Eigenschappen van ytterbium

Ytterbium is een zilverwit, kneedbaar en zacht metaal. Het oxideert langzaam aan de lucht en reageert met water onder vorming van waterstof. Omdat de 4f-schil met veertien elektronen volledig gevuld is, gedraagt ytterbium zich soms meer als een aardalkalimetaal: het neemt gemakkelijk het oxidatiegetal +2 aan, naast het gebruikelijke +3. Yb2+-verbindingen zijn vaak groen of geel, Yb3+-zouten kleurloos. Het metaal heeft een opvallend lage dichtheid en een laag smelt- en kookpunt vergeleken met thulium en lutetium. Onder hoge druk verandert ytterbium van een geleider in een halfgeleider en weer terug, wat het interessant maakt voor drukmetingen. Natuurlijk ytterbium bestaat uit zeven stabiele isotopen; ytterbium-174 komt het meest voor. Ytterbium-171 heeft een eenvoudige kernspin die het ideaal maakt voor atoomklokken en kwantumcomputers.

Naam. Ytterbium is, net als yttrium, terbium en erbium, vernoemd naar het Zweedse dorp Ytterby.

Atoombouw en plaats in het periodiek systeem

Ytterbium staat in periode 6 van het periodiek systeem, in het f-blok.

Een neutraal atoom heeft 70 protonen in de kern en 70 elektronen, verdeeld over 6 schillen: 2, 8, 18, 32, 8, 2. Het periodenummer (6) is gelijk aan het aantal schillen.

Buren in het systeem: links/ervoor: Thulium (Tm, 69); rechts/erna: Lutetium (Lu, 71).

De andere lanthaniden: Lanthaan, Cerium, Praseodymium, Neodymium, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium.

Voorkomen

De aardkorst bevat ongeveer 3 milligram ytterbium per kilogram. Het wordt vooral gewonnen uit monaziet, xenotiem en ionadsorptieklei. Na scheiding van de andere zeldzame aarden kan het metaal worden gemaakt door ytterbiumoxide met lanthaan te verhitten in vacuüm: omdat ytterbium vrij vluchtig is, destilleert het dan als damp uit het mengsel. Het eerste vrij zuivere ytterbiummetaal werd pas in 1953 gemaakt. De wereldproductie is bescheiden: enkele tientallen tonnen per jaar, vooral uit China.

Toepassingen

  • Optische atoomklokken met ytterbiumatomen meten de tijd zo nauwkeurig dat ze in miljarden jaren minder dan een seconde zouden afwijken.
  • Ytterbium-gedoteerde vezellasers zijn krachtig en efficiënt en worden gebruikt om metaal te snijden, te lassen en te markeren.
  • Kleine hoeveelheden ytterbium verbeteren de korrelstructuur en sterkte van roestvast staal.
  • Ytterbiumionen worden als qubits gebruikt in kwantumcomputers met gevangen ionen.
  • Ytterbium-169 dient als stralingsbron in draagbare röntgenapparaten.

Veelgestelde vragen

Wat is een ytterbium-atoomklok?

In een ytterbium-atoomklok worden duizenden ytterbiumatomen met lasers afgekoeld en in een lichtrooster gevangen. Een tweede laser wordt precies afgestemd op een overgang in de atomen die heel scherp is. Die extreem stabiele frequentie dient als tikkende slinger, waardoor de klok nauwkeuriger is dan de cesiumklokken die de seconde definiëren.

Waarom heet ytterbium zo?

Ytterbium is genoemd naar Ytterby, een dorp op een eiland bij Stockholm. Daar werd een mineraal gevonden waaruit in de negentiende eeuw stap voor stap een hele reeks elementen werd gehaald. Jean Charles Galissard de Marignac isoleerde in 1878 het oxide van ytterbium uit wat men toen erbia noemde.

Verder lezen