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Ytterbium

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Ytterbium
Image illustrative de l’article Ytterbium
Fragment d'ytterbium.
Thulium ← Ytterbium → Lutécium
—
  Structure cristalline cubique à faces centrée
 
70		 Yb
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Yb
↓
No
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Yb
Nom Ytterbium
Numéro atomique 70
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 4f14 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2,8,18,32,8,2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 173,04 ± 0,03 u[1]
Rayon atomique (calc) 175 pm (222 pm)
Rayon de covalence 187 ± 8 pm[2]
État d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,1
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 6,254 16 eV 2e : 12,176 eV
3e : 25,05 eV 4e : 43,56 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
168Yb0,13 %stable avec 98 neutrons
170Yb3,05 %stable avec 100 neutrons
171Yb14,3 %stable avec 101 neutrons
172Yb21,9 %stable avec 102 neutrons
173Yb16,12 %stable avec 103 neutrons
174Yb31,8 %stable avec 104 neutrons
176Yb12,7 %stable avec 106 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 6,903 g·cm-3 (α)

6,966 g·cm-3 (β)[1]

Système cristallin Cubique à faces centrées
Couleur blanc argenté
Point de fusion 824 °C[1]
Point d’ébullition 1 196 °C[1]
Énergie de fusion 7,66 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 128,9 kJ·mol-1
Volume molaire 24,84×10-3 m3·mol-1
Vitesse du son 1 590 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique 150 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 3,51×106 S·m-1
Conductivité thermique 34,9 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-64-4[4]
No ECHA 100.028.339
Précautions
SGH[5]
État pulvérulent :
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H228, H302, H312, H315, H319, H332, H335, P210, P261, P280 et P305+P351+P338
Transport[5]
État pulvérulent :
-
   3089   
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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L'ytterbium est un élément chimique de symbole Yb et de numéro atomique 70.

L'ytterbium est un métal du groupe des terres rares. Comme les autres lanthanides, il est gris argent, malléable et ductile à la température ambiante. Il doit être conservé à l'abri de l'air, surtout humide.

L'appellation ytterbium, provient de l'endroit, Ytterby près de Stockholm en Suède, où l'on a découvert le minerai dans lequel ont également été identifiées plusieurs autres terres rares. Les éléments chimiques yttrium, erbium et terbium partagent la même étymologie.

Comme la plupart des lanthanides, il est extrait de la monazite où on le trouve dans une proportion de 0,03 %. L'ytterbium a trois formes allotropiques. Les températures de transition sont −13 °C et 795 °C. Entre ces deux températures, (forme béta) il adopte une structure cubique à faces centrées, tandis qu'à haute température (forme gamma), il devient cubique centré. L'ytterbium naturel est un mélange de 7 isotopes stables.


Échantillon d'ytterbium.

Découverte

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En 1789, le chimiste finlandais Johan Gadolin identifie un nouvel oxyde (ou « terre ») dans un échantillon d'ytterbite (rebaptisée plus tard « gadolinite » en son honneur). Cette nouvelle roche avait été découverte deux ans auparavant par le lieutenant Carl Axel Arrhenius près du village d'Ytterby en Suède. Ces travaux sont confirmés en 1797 par Anders Gustaf Ekeberg qui baptise le nouvel oxyde yttria[6].

Près d'un demi-siècle plus tard, le Suédois Carl Gustav Mosander parvient à isoler trois composés distincts à partir de l'yttria grâce à de nouveaux procédés de cristallisation fractionnée. Il décide de conserver le terme yttria pour la fraction incolore (oxyde d'yttrium pur) et nomme la fraction jaune erbia et la fraction rose terbia, toujours en rappel du village d'Ytterby. Pour d'obscures raisons, les successeurs de Mosander intervertiront ces deux termes. C'est ainsi que erbia (l'erbine) finit par désigner l'oxyde d'erbium (rose) et terbia (la terbine) l'oxyde de terbium (jaune)[7].

En 1878, le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac découvre que l'erbine n'est pas homogène et contient en fait plusieurs éléments distincts. En traitant les chlorures en solution avec de l'acide hyposulfureux, il parvient à séparer un nouveau sel, incolore, des sels roses d'oxyde d'erbium. Consacrant la place d'Ytterby dans l'histoire de la nomenclature chimique, il nomme cette « terre » ytterbine (en latin ytterbia) et la considère comme un composé d'un nouvel élément chimique, l'ytterbium[7].

Ces expériences sont répétées l'année suivante en Suède par Lars Fredrik Nilson qui confirme la découverte et parvient à isoler un élément supplémentaire en poursuivant la procédure de fractionnement. Il le nomme scandium en l'honneur de la Scandinavie[8].

Le Français Georges Urbain, l'Autrichien Carl Auer von Welsbach et l'Américain Charles James (en) découvrent presque simultanément et indépendamment en 1907 que l'ytterbine de Marignac est constituée de deux éléments distincts. Le 4 novembre 1907, Urbain présente ses recherches à l'Académie des Sciences de Paris et propose de nommer les deux éléments néo-ytterbium, « afin d'éviter les confusions avec l'ancien élément de Marignac », et lutécium, « dérivé de l'ancien nom de Paris »[9]. Le 19 décembre, Le baron von Welsbach annonce à son tour le résultat de ses travaux menés depuis 1905. Il recommande les noms cassiopeium (Cp, d'après la constellation Cassiopée, correspondant au lutécium) et aldebaranium (Ad, d'après l'étoile Aldébaran, en remplacement de l'ytterbium)[10]. Parallèlement, à l'Université du New Hampshire, Charles James avait pu isoler des quantités importantes du compagnon de l'ytterbium durant l'été 1907. Apprenant l'annonce faite par Georges Urbain, il renonce à revendiquer la paternité du nouvel élément. Pourtant, parmi les trois scientifiques, il était probablement celui dont les recherches étaient les plus avancées[7].

Durant les années qui suivent, Urbain et von Welsbach se disputent la paternité de la découverte dans un conflit exacerbé par les tensions politiques entre la France et l'Autriche-Hongrie. En 1909, la Commission Internationale des Poids atomiques donne finalement la préséance au lutécium de Georges Urbain (réorthographié lutetium), tout en conservant le nom ytterbium pour le second élément[7].

Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[11]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).

Utilisations

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Très peu d'utilisations courantes :

  • acier inoxydable : amélioration des propriétés de traitement de l'acier inoxydable ;
  • horloge atomique[12];
  • ion actif pour cristaux laser : ion actif de plus en plus utilisé dans des cristaux laser comme Yb:YAG ou Yb:KYW émettant à environ 1030-1070 nm (environ 1 micromètre) dans le proche infrarouge.

Quelques pistes, actuellement en phase de recherche :

  • activateur de substance phosphorescente pour la lumière infrarouge sous forme de Yb2O3 ;
  • dopant des lentilles acoustiques en silicone pour barrettes échographiques sous forme de Yb2O3 ;
  • médecine, radiographie industrielle : source de rayonnement entre autres pour des appareils radiographiques portables utilisant 169Yb, son spectre d'émission permet de réaliser des clichés de très bonne qualité, voisins de clichés obtenus avec un tube à rayons X ;
  • semi-conducteur : halogénure de Yb ;
  • supraconducteur : YbAlAu, YbAlB4;
  • jauge de contrainte : permettrait de mesurer les très fortes contraintes en utilisant la variation de sa conductivité ;
  • Informatique quantique : création de mémoires quantiques permettant de maintenir l'information quantique représentée par la polarisation d'un photon le temps nécessaire pour assurer sa duplication[13],[14] ;
  • Informatique quantique : création de cristaux temporels, nouvelle phase de la matière[15],[16].

Notes et références

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  1. ↑ a b c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. ↑ a et b Fiche Sigma-Aldrich du composé Ytterbium powder, ≥99.9% trace rare earth metals basis, consultée le 28 août 2018.
  6. ↑ (en) John Emsley, Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements, Oxford, Oxford University Press, , 240–242 p. (ISBN 0-19-850341-5, lire en ligne).
  7. ↑ a b c et d (en) Per Enghag, Encyclopedia of the Elements : Technical Data - History - Processing - Applications, John Wiley & Sons, , 1309 p. (lire en ligne).
  8. ↑ (en) Nagaiyar Krishnamurthy et Chiranjib Kumar Gupta, Extractive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, , 504 p. (lire en ligne)
  9. ↑ Georges Urbain, « Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac », dans Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, t. 144, , p. 759–762, lire en ligne sur Gallica
  10. ↑ (de) Carl Auer von Welsbach, « Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente », Monatshefte für Chemie, vol. 29,‎ , p. 181–225
  11. ↑ (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.
  12. ↑ Le Monde avec AFP, « L'horloge la plus précise au monde dévoilée », Le Monde,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  13. ↑ « L'ytterbium, la mémoire quantique de demain », sur CNRS, (consulté le ).
  14. ↑ « L'ytterbium, la mémoire quantique de demain » [PDF], sur Université de Genève, (consulté le ).
  15. ↑ « Une toute nouvelle forme de la matière a été confirmée : le cristal temporel », sur Trust My Science, (consulté le )
  16. ↑ « L'ordinateur quantique de Google aurait produit un cristal temporel », sur Trust My Science, (consulté le )

Voir aussi

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Liens externes

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