鐿

化學(xué)名詞解釋?zhuān)?/h2>

鐿 - 概述

鐿為銀白色金屬，有延展性，質(zhì)較軟;熔點(diǎn)819±5°C，沸點(diǎn)1194°C，密度6.972克/厘米³。室溫下鐿能被空氣和水緩慢氧化，氧化鐿無(wú)色;鐿可溶于酸生成無(wú)色鹽。鐿粒子是重要的發(fā)光材料敏化劑;鐿170可用于醫(yī)療診斷。

銀白色軟金屬，有光澤，易氧化，在空氣中緩慢地被腐蝕，溶于稀酸和液氨。能與水緩慢作用，二價(jià)鹽為綠色，可溶于水，并與水反應(yīng)，緩慢地釋放出氫氣;三價(jià)鹽無(wú)色。氧化物呈白色。鐿在自然界中地同位素有：168Yb、170Yb~175Yb。

鐿 - 性質(zhì)

元素名稱(chēng)：鐿

元素原子量：173.0

元素類(lèi)型：金屬

體積彈性模量：Gpa：30.5

原子化焓：kJ /mol @25℃：180

熱容：J /(mol• K)：6.74

導(dǎo)電性：10^6/(cm •Ω )：0.0351

導(dǎo)熱系數(shù)：W/(m•K)：8.5

熔化熱:(千焦/摩爾) ：.660

汽化熱:(千焦/摩爾) ：128.90

原子體積:(立方厘米/摩爾) ：24.79

元素在宇宙中的含量:(ppm)：0.002

元素在太陽(yáng)中的含量:(ppm)：.001

元素在海水中的含量:(ppm)：大西洋表面 0.0000005

地殼中含量：(ppm)：3.3

原子序數(shù)：70

元素符號(hào)：Yb

相對(duì)原子質(zhì)量：173.0

核內(nèi)質(zhì)子數(shù)：70

核外電子數(shù)：70

核電核數(shù)：70

質(zhì)子質(zhì)量：1.1711E-25

質(zhì)子相對(duì)質(zhì)量：70.49

所屬周期：6

所屬族數(shù)：IIIB

摩爾質(zhì)量：173

密度：6.98

熔點(diǎn)：824.0

沸點(diǎn)：1466.0

外圍電子排布：4f14 6s2

氧化態(tài)：Main Yb+2, Yb+3

核外電子排布：2,8,18,32,8,2

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為面心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有4個(gè)金屬原子。

晶胞參數(shù)：

a = 548.47 pm

b = 548.47 pm

c = 548.47 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

維氏硬度：206MPa

聲音在其中的傳播速率：(m/S) 1590

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 603.4

M+ - M2+ 1176

M2+ - M3+ 2415

M3+ - M4+ 4220

顏色和狀態(tài)：金屬

原子半徑：2.4

常見(jiàn)化合價(jià)+2,+3

鐿 - 發(fā)現(xiàn)及來(lái)源

發(fā)現(xiàn)人：馬里納克(J.C.G.Marignac)

發(fā)現(xiàn)年代：1878年瑞士

發(fā)現(xiàn)過(guò)程：1878年，由馬里納克(J.C.G.Marignac)首先分離出鐿的化合物;1907年由烏爾班(G.Urbain)指出馬里納克分離出的鐿是由镥和現(xiàn)在已知的鐿兩個(gè)元素組成的。

元素來(lái)源：在某些礦石中與釔及其他有關(guān)元素共存(如磷釔礦、硅鈹釔礦),二價(jià)鐿形成綠色鹽,三價(jià)鐿為無(wú)色鹽元素，在核反應(yīng)中照射169Tm,生成170Tm,半衰期為129天，這個(gè)同位素克發(fā)射出很強(qiáng)的X射線(xiàn)。用它來(lái)制造常由氧化鐿Yb2O3用鈣還原而制得。也可用蒸餾法制備。

用途：用于冶金，用于制造特種合金。

鐿 - 特性

金屬鐿為銀灰色，有延展性，質(zhì)地較軟，室溫下鐿能被空氣和水緩慢氧化。與釤和銪相類(lèi)似樣，鐿屬于變價(jià)稀土，除通常呈正三價(jià)外，也可以呈正二價(jià)狀態(tài)。由于這種變價(jià)特性，制備金屬鐿不宜用電解法，而采用還原蒸餾法進(jìn)行制備和提純。通常以金屬鑭為還原劑，利用鐿金屬高蒸汽壓和鑭金屬低蒸氣壓的差別進(jìn)行還原蒸餾。也可以采用銩鐿镥富集物為原料，以金屬鑭為還原劑，在>1100℃和<0.133Pa的高溫真空條件下，通過(guò)還原-蒸餾的方法直接提取金屬鐿。象釤和銪一樣，鐿也可采用濕法還原進(jìn)行分離和提純。通常采用銩鐿镥富集物為原料，溶解后將鐿還原成二價(jià)狀態(tài)，造成顯著的性質(zhì)差異后將其與其它三價(jià)稀土進(jìn)行分離。制取高純氧化鐿通常采用萃取色層法或離子交換法。

鐿 - 發(fā)展歷史

1842年莫桑德?tīng)枏尼愅林蟹蛛x出鉺土和鋱土后，不少化學(xué)家利用光譜分析鑒定，確定它們不是純凈的一種元素的氧化物，這就鼓勵(lì)了化學(xué)家們繼續(xù)去分離它們。1878年瑞士化學(xué)家馬里納克從餌土中分離出一個(gè)新元素的氧化物，把這個(gè)新元素成為ytterbium，符號(hào)為Yb，我們翻譯為鐿。這一名稱(chēng)和釔、鉺、鋱的命名一樣，都是來(lái)自首先發(fā)現(xiàn)了釔礦的瑞典的乙特比(Ytterby)小鎮(zhèn)。隨著鐿以及其他一些稀土元素的發(fā)現(xiàn)，完成了發(fā)現(xiàn)稀土元素第三階段的另一半。

1878年，瑞士化學(xué)家查爾斯(Jean Charles)和馬利格納克(G.de Marignac)在“鉺”中發(fā)現(xiàn)了一種新的稀土元素，為了紀(jì)念釔礦石發(fā)現(xiàn)地——斯德哥爾摩附近那個(gè)名叫伊特比(Yteerby)的小村，把這個(gè)新元素命名為Ytterbium，元素符號(hào)為Yb,漢譯名稱(chēng)為“鐿”—是該元素的專(zhuān)用漢字。

鐿在鑭系元素中雖然排在銩之后，但其地殼豐度達(dá)卻到3.3ppm，不但高于鋱鈥銩镥等其它中重稀土，甚至高于銪(2.2 ppm)。鐿主要存在于離子型稀土礦、磷釔礦和黑稀金礦等中重稀土礦物中，有7種天然同位素。在江西尋烏中釔富銪離子型礦中，鐿在稀土中的配分高于銪，在龍南高釔離子型礦中，鐿的配分約是銪的10倍。

鐿 - 主要用途

鐿作為重稀土元素，由于可利用的資源有限，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，限制了其用途研究。隨著光纖通訊和激光等高新技術(shù)的出現(xiàn)，鐿才逐漸找到大顯身手的應(yīng)用舞臺(tái)。近年來(lái)，鐿在光纖通訊和激光技術(shù)兩大領(lǐng)域嶄露頭角并得到迅速發(fā)展。隨著“信息高速公路”的建設(shè)發(fā)展,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)對(duì)光通訊用的光纖材料性能要求越來(lái)越高。鐿離子由于擁有優(yōu)異的光譜特性，可以象鉺和銩一樣，被用作光通訊的光纖放大材料。盡管稀土元素鉺至今仍是制備光纖放大器的主角，但傳統(tǒng)的摻鉺石英光纖增益帶寬較小(30nm)，已難以滿(mǎn)足高速大容量信息傳輸?shù)囊?。而Yb3+離子在980nm附近具有遠(yuǎn)大于Er3+離子的吸收截面,通過(guò)Yb3+的敏化作用和鉺鐿的能量傳遞，可使1530nm光得到大大加強(qiáng)，從而大大提高光的放大效率。

近年來(lái)，鉺鐿共摻的磷酸鹽玻璃受到越來(lái)越多研究者的青睞。磷酸鹽和氟磷酸鹽玻璃具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并具有較寬的紅外透過(guò)性能和大的非均勻展寬特性,是寬帶高增益摻鉺放大光纖玻璃的理想材料。若在其中引入Yb3+離子，制成鉺鐿共摻光纖，就可大大改善光纖放大性能。中國(guó)研制的高濃度鉺鐿共摻磷酸鹽光纖(纖芯直徑7μm、數(shù)值孔徑為0.2)適用于全波放大器。利用980nm半導(dǎo)體激光器，在1.5μm的通信窗口對(duì)小信號(hào)實(shí)現(xiàn)了3.8dB的凈增益，單位長(zhǎng)度增益達(dá)2.5dB/cm，比目前商用石英放大器高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

摻Y(jié)b3+光纖放大器可以實(shí)現(xiàn)功率放大和小信號(hào)放大，因而可用于光纖傳感器、自由空間激光通信和超短脈沖放大等領(lǐng)域。中國(guó)目前已建成世界上單信道容量最大、速率最快的光傳輸系統(tǒng)，擁有世界上最寬的信息高速公路。摻鐿和其它稀土的光纖放大及激光材料在其中均發(fā)揮了關(guān)鍵性巨大的作用。鐿的光譜特性還被用作優(yōu)質(zhì)激光材料，既被用作激光晶體，也被用作激光玻璃、和光纖激光器。

摻鐿激光晶體作為高功率激光材料已形成一個(gè)龐大的系列，包括有摻鐿釔鋁石榴石(Yb：YAG)、摻鐿釓鎵石榴石(Yb：GGG)、摻鐿氟磷酸鈣(Yb：FAP)、摻鐿氟磷酸鍶(Yb：S-FAP)、摻鐿釩酸釔(Yb：YV04)、摻鐿硼酸鹽和硅酸鹽等。半導(dǎo)體激光器(LD)是固體激光器的一種新型泵浦源。Yb：YAG具有許多特點(diǎn)適合高功率LD泵浦，已成為大功率LD泵浦用激光材料。Yb：S-FAP晶體將來(lái)有可能用作實(shí)現(xiàn)激光核聚變的激光材料，引起人們的關(guān)注。在可調(diào)諧激光晶體中，有摻鉻鐿鈥釔鋁鎵石榴石(Cr，Yb，Ho：YAGG)，其波長(zhǎng)在2.84～3.05μm之間連續(xù)可調(diào)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上用的導(dǎo)彈紅外尋彈頭大部分是采用3-5μm的中波紅外探測(cè)器，因此研制Cr，Yb，Ho：YSGG激光器，可對(duì)中紅外制導(dǎo)武器對(duì)抗提供有效干擾，具有重要的軍事意義。

鐿 - 科技應(yīng)用

目前中國(guó)在摻鐿激光晶體(Yb:YAG、Yb:FAP、Yb:SFAP等)方面，已取得一系列具有國(guó)際先進(jìn)水平的創(chuàng)新性成果，解決了晶體的生長(zhǎng)以及激光快速、脈沖、連續(xù)、可調(diào)節(jié)輸出等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研究成果已在國(guó)防、工業(yè)和科學(xué)工程等方面獲得實(shí)際應(yīng)用，摻鐿晶體產(chǎn)品已出口美國(guó)、日本等多個(gè)國(guó)家與地區(qū)。鐿激光材料的另一個(gè)大類(lèi)是激光玻璃。已開(kāi)發(fā)出鍺碲酸鹽、硅鈮酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽等多種高發(fā)射截面的激光玻璃。由于玻璃易成型可以制成大尺寸，并具有高光透和高均勻性等特點(diǎn)，可制

成大功率激光器。過(guò)去人們熟悉的稀土激光玻璃主要是釹玻璃，它已有40多年的發(fā)展歷史，制作和應(yīng)用技術(shù)成熟，一直是大功率激光裝置的首選材料，已被用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置和激光武器等方面。中國(guó)建成的由激光釹玻璃為主要激光介質(zhì)的神光1號(hào)和神光2號(hào)大功率激光裝置，已達(dá)到世界先進(jìn)水平。但激光釹玻璃如今卻遇到了激光鐿玻璃的有力挑戰(zhàn)。

近年來(lái)的大量研究表明，激光鐿玻璃的許多性能超過(guò)了釹玻璃。由于摻鐿發(fā)光只有兩個(gè)能級(jí)，儲(chǔ)能效率高，在相同增益時(shí)鐿玻璃儲(chǔ)能效率比釹玻璃高16倍，熒光壽命也是釹玻璃的3倍，同時(shí)還具有摻雜濃度高、吸收帶寬、可直接用半導(dǎo)體泵浦等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于大功率激光器使用。但鐿激光玻璃的實(shí)用還往往要借助于釹的協(xié)助，如采用Nd3+作為敏化劑才能使鐿激光玻璃在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，并在1 06μm波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射。所以說(shuō)，鐿和釹在激光玻璃方面既是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，同時(shí)又是相互協(xié)作的伙伴。

通過(guò)調(diào)節(jié)玻璃成分，可以提高鐿激光玻璃的諸多發(fā)光性能。以發(fā)展高功率激光器為主要方向，用鐿激光玻璃制造的激光器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究和軍事方面。將核聚變產(chǎn)生的能量作為能源一直是人們期待的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)受控核聚變將是人類(lèi)解決能源問(wèn)題的重要手段。摻鐿激光玻璃以其優(yōu)異的激光性能正在成為21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)慣性約束核聚變(ICF)升級(jí)換代首選材料。激光武器是利用激光束的巨大能量，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊破壞，可以產(chǎn)生上億度的高溫，以光的速度直接攻擊，可以指那打那，具有極大的殺傷力，尤其適用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的防空武器系統(tǒng)。摻鐿激光玻璃的優(yōu)異性能已使它成為制造高功率和高性能激光武器的重要基礎(chǔ)材料。

光纖激光器是當(dāng)今迅猛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，也屬于激光玻璃應(yīng)用范疇。光纖激光器就是用光纖作激光介質(zhì)的激光器，是光纖與激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在摻餌光纖放大器(EDFA)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的激光新技術(shù)。光纖激光器以半導(dǎo)體激光二極管作為泵源，以光纖作為波導(dǎo)和增益介質(zhì)，同時(shí)采用光柵光纖、偶合器等光學(xué)元件組合而成。它無(wú)需光路機(jī)械調(diào)整，機(jī)構(gòu)緊湊便于集成。與傳統(tǒng)固體激光器和半導(dǎo)體激光器相比，具有光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、抗環(huán)境干擾性強(qiáng)、免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、結(jié)構(gòu)小巧等技術(shù)和性能優(yōu)勢(shì)。由于摻雜的離子主要是Nd+3、Yb+3、Er+3、Tm+3、Ho+3，都是以稀土光纖作為增益介質(zhì)，所以目前開(kāi)發(fā)出來(lái)的光纖激光器也可稱(chēng)作是稀土光纖激光器。

高功率摻鐿雙包層光纖激光是近年國(guó)際上固體激光技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。它具有光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)加工等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。雙包層摻鐿光纖適合于半導(dǎo)體激光器泵浦，具有耦合效率高和激光輸出功率高等特點(diǎn)，是摻鐿光纖的主要發(fā)展方向。目前中國(guó)的雙包層摻鐿光纖技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平已不相上下。中國(guó)研制的摻鐿光纖、雙包層摻鐿光纖以及鉺鐿共摻光纖在性能和可靠性方面均已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平，具有成本優(yōu)勢(shì)，并擁有多項(xiàng)產(chǎn)品和方法的核心專(zhuān)利技術(shù)。

世界著名的德國(guó)IPG激光公司日前宣布，他們新近推出的摻鐿光纖激光器系統(tǒng)，具有非常優(yōu)異的光束特性，有大于50,000小時(shí)的泵浦壽命，中心發(fā)射波長(zhǎng)為1070nm-1080n，輸出功率可高達(dá)到20KW，已被應(yīng)用于精細(xì)焊接、切割和巖石鉆探等方面。激光材料是發(fā)展激光技術(shù)的核心和基礎(chǔ)。在激光界歷來(lái)有“一代材料，一代器件”的說(shuō)法。必須先擁有性能優(yōu)異的激光材料，綜合其它相關(guān)技術(shù)，才能開(kāi)發(fā)出先進(jìn)實(shí)用的激光器件。摻鐿激光晶體和激光玻璃作為固體激光材料的生力軍正在推進(jìn)光纖通訊和激光技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，尤其是在高功率核聚變激光器、高能量拍瓦(PW，即1015W)激光器、高能量武器激光器等尖端激光技術(shù)方面將作出重要貢獻(xiàn)。

鐿還被用于熒光粉激活劑、無(wú)線(xiàn)電陶瓷、電子計(jì)算機(jī)記憶元件(磁泡)添加劑和光學(xué)玻璃添加劑等。需要指出的是，鐿(Ytterbium)和釔(Yttrium)同屬稀土元素，雖然英文名稱(chēng)和元素符號(hào)差別明顯，但漢語(yǔ)拼音卻音節(jié)相同，在某些漢語(yǔ)譯文引用中有時(shí)誤把釔當(dāng)作鐿，這時(shí)就需要我們追尋原文并結(jié)合元素符號(hào)來(lái)加以確認(rèn)。