Harvinaisella ytterbiumilla ei juuri ole kaupallisia käyttötarkoituksia sen korkean hinnan ja vaikean hyödyntämisen takia. Sitä voidaan käyttää teräksen ominaisuuksien parantamiseen ja muissa metalliseoksissa.[5]
Ytterbiumin löysi Geneven yliopistossa työskennellyt sveitsiläinenJean Charles Galissard de Marignac vuonna 1878. Hän kuumensi epäpuhdastaerbiumnitraattia, kunnes se hajosi ja jäännökset muodostivat veden kanssa kaksi oksidia:erbiumoksidin (erbia) jaytterbiumoksidin, jota hän kutsui nimelläytterbia. Myös itävaltalainen mineralogi, paroniCarl Auer von Welsbach valmisti ytterbiumoksidia samoihin aikoihin, ja hän kutsui löytämäänsä ainetta nimelläaldebaranium.[6] Vuonna 1907 ranskalainen kemistiGeorges Urbain erotti Galissard de Marignacinytterbian kahdeksi aineeksi, joita hän kutsui nimilläneo-ytterbium jalutecium. Nämä alkuaineet nimettiin myöhemmin ytterbiumiksi jalutetiumiksi.[7]
Metallista ytterbiumia valmistettiin vuonna 1937 kuumentamallaytterbiumkloridiakaliumin kanssa, mutta siitä ei saatu niin puhdasta, että alkuaineen ominaisuuksia olisi voitu luotettavasti mitata. Puhdasta ytterbiummetallia saatiin vasta 1953.[6]
Puhdas ytterbium on kiiltävä, hopeanvalkea ja pehmeä metalli.[3] Se on taipuisaa ja sitä voi vetää langaksi.[8] Metallinen ytterbium reagoi hieman veden sekä ilman kanssa huoneenlämpötilassa.[8] Metallin tummuessa ilmassa muodostuu ytterbiumoksidia Yb2O3.[4] Metallista ytterbiumia taas voidaan valmistaa pelkistämällä oksidia Yb2O3lantaanilla.[4]
Ytterbiumilla on kolmeallotrooppista muotoa. Ytterbium esiintyy alle 7 °C lämpötilassa α-muodossa, jonkakiderakenne on tiheästi pakattu kuutiollinen ja jonkahilavakiot ovat a=387,99 pm ja c=638,59 pm huoneenlämmössä. Alkuaineen β-muoto on pintakeskinen kuutiollinen (a=548,48 pm), ja se on tavanomaisin esiintymismuoto huoneenlämpötilassa. γ-muoto on tilakeskinen kuutiollinen, jolle a=444 pm 763 °C lämpötilassa.[4]
Ytterbiuminkiehumispiste on harvinaisten maametallien alhaisin.[4]
Allotropialtaan β-muodon ytterbium johtaa sähköä metallien tavoin, mutta kunpaine nousee yli 16 000 atm, se muuttuupuolijohteeksi. Ytterbiuminresistiivisyys riippuu voimakkaasti paineesta: se kasvaa 10-kertaiseksi paineen noustessa 39 000 atm arvoon mutta putoaa 80 %:iinNTP-olosuhteiden arvosta, kun paine edelleen kasvaa 40 000 atm:n yli.[9]
Luonnossa esiintyvä ytterbium koostuu seitsemästä eriisotoopista:168Yb,170Yb,171Yb,172Yb,173Yb,174Yb, ja176Yb, joista174Yb on yleisin noin 32,0 %:n osuudella.[4]
Ytterbiumin luonnossa esiintyvän isotooppiseoksen koostumuksesta on tehty vain kaksi kalibroitua mittausta, ja niiden tulokset eroavat toisistaan. Tämä on vaikeuttanut ytterbiuminsuhteellisen atomipainon määräämistä.[a][1][10]IUPAC:n atomipainoja määrittävän komission mukaan luonnon ytterbium jakaantuu isotooppeihin seuraavasti:[10]
Ytterbiumilla on 27 tunnettuaradioaktiivista isotooppia, joidenmassaluvut vaihtelevat välillä 148–181 ja joidenpuoliintumisajat vaihtelevat 409 millisekunnista (154Yb) 32,018 päivään (169Yb).[4]
Suurin osa ytterbiumin keveimmistä isotoopeista (massaluku alle 174) hajoaa jokoβ+-hajoamisella taielektronisieppauksella, muttaα-hajoamista ja harvemmin myös protoniemissiota esiintyy. Näiden isotooppien yleisimmät hajoamistuotteet ovattuliumin isotooppeja. Raskaat ytterbiumisotoopit hajoavat yleensäβ--hajoamisella, jolloin hajoamistuotteet ovatlutetiumin isotooppeja. Ytterbiumilla on myös 12ydinisomeeria, joista pitkäikäisin on169mYb (puoliintumisaika 46 sekuntia).[11]
Ytterbium liukenee laimeisiin happoihin ja reagoi veden kanssa.[3]Vetyfluoridin vesiliuoksiin se kuitenkin on liukenematonta, koska metallin pinnalle muodostuu liukenematon suojaavaytterbiumfluoridin YbF3 kerros.[4] Yhdisteissään ytterbium onhapetusluvulla +II tai tavallisemmin +III.[3]
Ytterbiummetalli on sangenelektropositiivista ja reagoi hitaasti kylmän ja nopeasti kuuman veden kanssa muodostaen ytterbiumhydroksidia Yb(OH)3 ja vetykaasua:[12]
Ensimmäisenä hapetusluvun +II ytterbiumyhdistettä valmistivat W. K. Klemm ja W. Schuth vuonna 1929. He pelkistivät kloridia YbCl3 +II-arvoiseksi ytterbium(II)kloridiksi YbCl2 vedyllä.[4]
Ytterbium muodostaa +III-arvoisia yhdisteitä kaikkien 4. ensimmäisen halogeenin kanssa. Nämä suolat ovat kaikki valkoisia:[12]
2 Yb (s) + 3 F2 (g) → 2 YbF3 (s)
2 Yb (s) + 3 Cl2 (g) → 2 YbCl3 (s)
2 Yb (s) + 3 Br2 (g) → 2 YbBr3 (s)
2 Yb (s) + 3 I2 (g) → 2 YbI3 (s)
Myös vastaavat hapetusluvun +II yhdisteet ovat olemassa ja niitä saadaan +III-suoloista tavallisimmin pelkistämällä suoloja metallisella ytterbiumilla itsellään taialkalimetallilla. Yb2+-ioneja on myös tuotettuelektrolyysillä ja käsittelemällä +III-suoloja natriumamalgaamalla.[4]Ytterbium(II)jodidia YbI2 syntyy myös pelkästään lämmön vaikutuksesta tapahtuvalla hajoamisella.Ytterbium(II)fluoridi YbF2 on väriltään harmaata, YbCl2 vihreää,ytterbium(II)bromidi YbBr2 ja YbI2 keltaista.[13]
YbI2 voidaan valmistaa myös ytterbiummetallin reaktiolla 1,2-dijodietaanin kanssatetrahydrofuraanissa huoneenlämpötilassa:[13]
Yb + ICH2CH2I → YbI2 + CH2=CH2
Vaaleanvihreät Yb2+-ionit eivät ole pysyviä vesiliuoksissa vaan pelkistävät vedestä vetykaasua. Yb2+-ionit ovat stabiilimpia kuin vastaavatsamariumin Sm2+-ionit mutta vähemmän pysyviä kuineuropiumin Eu2+-ionit.[4]
Bastnäsiitti sisältää hyvin pieniä määriä ytterbiumia
Ytterbiumia esiintyy pääosin samoissa mineraaleissa kuin muitakin lantanoideja. Tärkeimmät tuotantoalueet ovat Kiina, Yhdysvallat, Brasilia, Intia, Sri Lanka ja Australia. Ytterbiumpitoisuudet ovat pieniä kaikissa mineraaleissa, esimerkiksi tärkein ytterbiummineraalimonatsiitti sisältää ytterbiumia vain 0,1 % jabastnäsiitti vain 0,0006 %.[3][6] Lisäksi sitä on myös muun muassagadoliniitissa[3],samarskiitissä[3],eukseniitissa jaksenotiimissa.[6] Arvioidut maailmanlaajuiset malmivarannot ovat noin miljoona tonnia.[6] Mineraaleista ytterbium erotetaan liuotinuutolla jaioninvaihdolla.[4][14].
Ytterbiumia on maankuoressa vain 3 ppm, ja se on 43. yleisin alkuaine. Se on kuitenkin yleisempää kuinhopea. Merivedessä ytterbiumia on 1,5 ppt ja maaperän pinta-aineksissa noin 2 ppm kuivapainosta (vaihteluväli 0,08–6 ppm).[6]
Vuotuinen tuotanto on 50 tonnia, mikä kuvaa aineen vähäistä käyttöä.[6] Luonnon lisäksi sitä esiintyyydinreaktoreiden käytetyssä polttoaineessa.[8]
Ytterbiumilla ei ole paljon käyttöä. Sen radioaktiivisia isotooppeja, kuten169Yb:tä, on käytetty joissain kannettavissa röntgenlaitteissa säteilylähteenä.[4] Ytterbiumia on joissain erikoisteräksissä vahvistavana aineena. Sen oksideja käytetään synteettisissä korukivissä jalasereissa. Oksidia Yb2O3 on käytetty erikoismetalleissa, keramiikassa ja laseissa sekävalokaarilamppujen elektrodeina.[8]
Ytterbiumilla on yksi spektrin absorptiokaista 985 nanometrin infrapuna-alueella, mistä johtuen sitä on käytetty joissain valosähköisissä kennoissa.[6]
Yb:YAG-laserit ovat tärkeitä 1μm-alueen lasereita, joilla voidaan saavuttaa yli 1 kW:n tehotasoja teollisuuskäytössä.[16][17]
Ytterbiumia on käytetty joissain erittäin tarkoissaatomikelloissa.[18] Neutraalit171Yb-atomit värähtelevät 578 nanometrin optisella aallonpituudella niin, että värähtelyyn perustuvan ajanmittauksen epätarkkuus on vain 2,7·10-15 eli femtosekuntien luokkaa.[19]
Ytterbiumin hinta on pysynyt hiukan yli tuhannessa Yhdysvaltain dollarissa kilolta 1970-luvun alkupuolelta vuoteen 1988.[20] Vuonna 2016 puhtaan (99,9 %) ytterbiumin hinta oli noin 10 USD/g.[5][9]
Ytterbiumilla ei ole minkäänlaista biologista roolia, eikä se ole kovin myrkyllistä. Sen joidenkin suolojen on tosin todettu kiihdyttävänaineenvaihduntaa. Veteen liukenevat suolat ovat lievästi myrkyllisiä nieltyinä, mutta liukenemattomat eivät ollenkaan. Ytterbium ärsyttää ihoa ja silmiä, ja sen epäillään olevan sikiötä vaurioittava aine.[21]
Ytterbium-pöly ja jauhemainen ytterbium ovat räjähdysherkkiä ja voivat olla myrkyllisiä hengitettynä. Yhdiste ytterbiumarsenaatti on myrkyllistä.[8]
Ytterbiumin yhdisteiden kokonaismääriä ihmiskehossa ei tiedetä tarkalleen, mutta ne ovat hyvin pieniä. Kasvien juuret eivät ota ytterbiumia maaperästä ollenkaan, joten se ei pääse rikastumaanravintoketjussa. Eräiden vihannesten ytterbiumpitoisuuksiksi on mitattu 0,08 ppb kuivapainosta. Jotkut muut organismit, kutenjäkälät, voivat kuitenkin sisältää 900 ppb ytterbiumia. Ihmisen ravinnosta saama määrä on todennäköisesti noin milligramma vuodessa.[21]
Emsley, John: Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, s. 492–494. Oxford University Press, 2001. ISBN 0198503407Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
Krebs, Robert E: The History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide, s. 300–302. Greenwood Publishing Group, 2006. ISBN 978-0-313-33438-2Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
Greenwood, N. N. & Earnshaw, A.: Chemistry of the Elements. (2. painos) Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9(englanniksi)
↑Fontani, Marco; Costa, Mariagrazia & Orna, Mary Virginia: The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side, s. 117, 203. Oxford University Press, 2014. ISBN 978-0-19-938334-4Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
↑abHaynes, William M. (toim.): CRC Handbook of Chemistry and Physics, s. 4–41. (97. painos) CRC Press, 2016. ISBN 9781439814628Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 4.4.2018. (englanniksi)
↑abcYtterbium IUPAC Commission of Isotopic Abundances and Atomic Weights. Viitattu 3.4.2018. (englanniksi)
↑Audi, G. et al.: The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties. Chinese Physics C, 2017, 41. vsk, nro 3, s. 030001-1-030001-138. IOP Publishing. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 5.4.2018. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
