ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტი: იტერბიუმი

იტერბიუმი: ატომური ნომერი 70, ატომური წონა 173.04, ელემენტის სახელი მომდინარეობს მისი აღმოჩენის ადგილიდან. შინაარსიიტერბიუმიქერქში არის 0.000266%, ძირითადად წარმოდგენილია ფოსფორიტისა და შავი იშვიათი ოქროს საბადოებში, ხოლო მონაზიტში შემცველობაა 0.03%, 7 ბუნებრივი იზოტოპით.

ისტორიის აღმოჩენა

აღმოაჩინა: მარინაკმა

დრო: 1878

მდებარეობა: შვეიცარია 

1878 წელს შვეიცარიელმა ქიმიკოსებმა ჟან შარლმა და გ. მარინიაკმა აღმოაჩინეს ახალი იშვიათმიწა ელემენტი „ერბიუმში“. 1907 წელს ულბანმა და ვეილსმა აღნიშნეს, რომ მარინიაკმა გამოყო ლუტეციუმის ოქსიდისა და იტერბიუმის ოქსიდის ნარევი. სტოკჰოლმის მახლობლად მდებარე პატარა სოფლის, იტერბის ხსოვნისადმი, სადაც იტრიუმის მადანი აღმოაჩინეს, ამ ახალ ელემენტს იტერბიუმი ეწოდა სიმბოლოთი Yb.

ელექტრონული კონფიგურაცია

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14

ლითონი

მეტალური იტერბიუმიარის ვერცხლისფერ-ნაცრისფერი, დრეკადი და რბილი ტექსტურით. ოთახის ტემპერატურაზე იტერბიუმი შეიძლება ნელა დაიჟანგოს ჰაერითა და წყლით.

არსებობს ორი კრისტალური სტრუქტურა: α- ტიპი არის ზედაპირულად ცენტრირებული კუბური კრისტალური სისტემა (ოთახის ტემპერატურა -798 ℃); β- ტიპი არის სხეულებრივად ცენტრირებული კუბური (798 ℃-ზე მეტი) ბადე. დნობის წერტილი 824 ℃, დუღილის წერტილი 1427 ℃, ფარდობითი სიმკვრივე 6.977 (α-ტიპი), 6.54 (β-ტიპი).

უხსნადია ცივ წყალში, ხსნადია მჟავებსა და თხევად ამიაკში. საკმაოდ სტაბილურია ჰაერში. სამარიუმისა და ევროპიუმის მსგავსად, იტერბიუმი მიეკუთვნება ცვლადი ვალენტობის იშვიათმიწა ლითონებს და ასევე შეიძლება იყოს დადებით ორვალენტურ მდგომარეობაში, ჩვეულებრივ სამვალენტიანობის გარდა.

ამ ცვალებადი ვალენტური მახასიათებლის გამო, მეტალური იტერბიუმის მიღება არ უნდა მოხდეს ელექტროლიზით, არამედ მომზადებისა და გაწმენდისთვის რედუქციული დისტილაციის მეთოდით. ​​როგორც წესი,ლანთანის ლითონიგამოიყენება როგორც აღმდგენი აგენტი აღდგენითი დისტილაციისთვის, იტერბიუმის ლითონის მაღალი ორთქლის წნევისა და ლანთანის ლითონის დაბალი ორთქლის წნევის სხვაობის გამოყენებით. ალტერნატიულად,ტულიუმი, იტერბიუმიდალუტეციუმიკონცენტრატების გამოყენება შესაძლებელია ნედლეულად, ხოლო ლითონის ლანთანის გამოყენება შესაძლებელია აღმდგენი აგენტის სახით. მაღალი ტემპერატურის ვაკუუმის პირობებში, რომელიც >1100 ℃ და <0.133Pa ტემპერატურაა, ლითონის იტერბიუმის პირდაპირ ექსტრაქცია შესაძლებელია აღდგენითი დისტილაციით.სამარიუმიდაევროპიუმი,იტერბიუმის გამოყოფა და გაწმენდა ასევე შესაძლებელია სველი აღდგენის გზით. ჩვეულებრივ, ნედლეულად გამოიყენება თულიუმის, იტერბიუმის და ლუტეციუმის კონცენტრატები. გახსნის შემდეგ, იტერბიუმი აღდგება ორვალენტიან მდგომარეობამდე, რაც იწვევს თვისებებში მნიშვნელოვან განსხვავებებს და შემდეგ გამოიყოფა სხვა სამვალენტიანი იშვიათმიწა ელემენტებისგან. მაღალი სისუფთავის იტერბიუმის ოქსიდის წარმოება ჩვეულებრივ ხორციელდება ექსტრაქციული ქრომატოგრაფიით ან იონური გაცვლის მეთოდით.

აპლიკაცია

გამოიყენება სპეციალური შენადნობების წარმოებისთვის.იტერბიუმის შენადნობებიგამოიყენება სტომატოლოგიაში მეტალურგიული და ქიმიური ექსპერიმენტებისთვის.

ბოლო წლებში იტერბიუმი გაჩნდა და სწრაფად განვითარდა ბოჭკოვანი ოპტიკური კომუნიკაციისა და ლაზერული ტექნოლოგიის სფეროებში.

„ინფორმაციული მაგისტრალის“ მშენებლობასა და განვითარებასთან ერთად, კომპიუტერულ ქსელებსა და დიდ მანძილზე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი გადაცემის სისტემებს სულ უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვთ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მასალების მუშაობაზე, რომლებიც გამოიყენება ოპტიკურ-კომუნიკაციაში. იტერბიუმის იონები, მათი შესანიშნავი სპექტრული თვისებების გამო, შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი მასალები ოპტიკური კომუნიკაციისთვის, ისევე როგორცერბიუმიდატულიუმიმიუხედავად იმისა, რომ იშვიათმიწა ელემენტი ერბიუმი კვლავ მთავარი მოთამაშეა ბოჭკოვანი გამაძლიერებლების მომზადებაში, ტრადიციულ ერბიუმით დოპირებულ კვარცის ბოჭკოებს აქვთ მცირე გამაძლიერებელი გამტარობა (30 ნმ), რაც ართულებს მაღალსიჩქარიანი და მაღალი სიმძლავრის ინფორმაციის გადაცემის მოთხოვნების დაკმაყოფილებას. Yb3+ იონებს აქვთ გაცილებით დიდი შთანთქმის განივი კვეთა, ვიდრე Er3+ იონებს დაახლოებით 980 ნმ-ზე. Yb3+ სენსიბილიზაციის ეფექტისა და ერბიუმისა და იტერბიუმის ენერგიის გადაცემის გზით, 1530 ნმ სინათლე შეიძლება მნიშვნელოვნად გაძლიერდეს, რითაც მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება სინათლის გამაძლიერებელი ეფექტურობა.

ბოლო წლებში მკვლევარები სულ უფრო მეტად ემხრობიან ერბიუმის იტერბიუმის კო-დოპირებულ ფოსფატურ მინას. ფოსფატურ და ფტორფოსფატურ მინებს აქვთ კარგი ქიმიური და თერმული სტაბილურობა, ასევე ფართო ინფრაწითელი გამტარობა და დიდი არაერთგვაროვანი გაფართოების მახასიათებლები, რაც მათ იდეალურ მასალებად აქცევს ფართოზოლოვანი და მაღალი გამაძლიერებელი ერბიუმით დოპირებული გამაძლიერებელი ბოჭკოვანი მინისთვის. Yb3+ დოპირებულ ბოჭკოვან გამაძლიერებლებს შეუძლიათ მიაღწიონ სიმძლავრის გაძლიერებას და მცირე სიგნალის გაძლიერებას, რაც მათ შესაფერისს ხდის ისეთი სფეროებისთვის, როგორიცაა ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორები, თავისუფალი სივრცის ლაზერული კომუნიკაცია და ულტრა მოკლე იმპულსური გამაძლიერებელი. ჩინეთმა ამჟამად ააშენა მსოფლიოში უდიდესი ერთარხიანი სიმძლავრე და ყველაზე სწრაფი ოპტიკური გადაცემის სისტემა და აქვს მსოფლიოში ყველაზე ფართო საინფორმაციო მაგისტრალი. იტერბიუმის დოპირებული და სხვა იშვიათმიწა ელემენტებით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები და ლაზერული მასალები მათში გადამწყვეტ და მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ.

იტერბიუმის სპექტრული მახასიათებლები ასევე გამოიყენება მაღალი ხარისხის ლაზერულ მასალებად, როგორც ლაზერული კრისტალები, ლაზერული მინები და ბოჭკოვანი ლაზერები. როგორც მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მასალა, იტერბიუმის დოპირებულმა ლაზერულმა კრისტალებმა შექმნეს უზარმაზარი სერია, მათ შორის იტერბიუმის დოპირებული.იტრიუმი ალუმინიძოწი (Yb: YAG), იტერბიუმით დოპირებულიგადოლინიუმიგალიუმის ძოწი (Yb: GGG), იტერბიუმის დოპირებული კალციუმის ფტორფოსფატი (Yb: FAP), იტერბიუმის დოპირებული სტრონციუმის ფტორფოსფატი (Yb: S-FAP), იტერბიუმის დოპირებული იტრიუმის ვანადატი (Yb: YV04), იტერბიუმის დოპირებული ბორატი და სილიკატი. ნახევარგამტარული ლაზერი (LD) მყარი მდგომარეობის ლაზერების ტუმბოს ახალი ტიპის წყაროა. Yb: YAG-ს აქვს მრავალი მახასიათებელი, რომელიც შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის LD ტუმბოსთვის და გახდა ლაზერული მასალა მაღალი სიმძლავრის LD ტუმბოსთვის. Yb: S-FAP კრისტალი შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც ლაზერული მასალა ლაზერული ბირთვული შერწყმისთვის მომავალში, რამაც მიიპყრო ხალხის ყურადღება. რეგულირებად ლაზერულ კრისტალებში არსებობს ქრომის იტერბიუმის ჰოლმიუმის იტრიუმის ალუმინის გალიუმის ძოწი (Cr, Yb, Ho: YAGG), რომლის ტალღის სიგრძეა 2.84-დან 3.05 μ-მდე, უწყვეტად რეგულირებადი m-ს შორის. სტატისტიკის მიხედვით, მსოფლიოში რაკეტებში გამოყენებული ინფრაწითელი ქობინების უმეტესობა იყენებს 3-5 μ-ს. შესაბამისად, Cr, Yb, Ho: YSGG ლაზერების შემუშავებას შეუძლია უზრუნველყოს ეფექტური ინტერფერენცია საშუალო ინფრაწითელი მართვადი იარაღის საწინააღმდეგო ზომებისთვის და აქვს მნიშვნელოვანი სამხედრო მნიშვნელობა. ჩინეთმა მიაღწია ინოვაციური შედეგების სერიას საერთაშორისო მოწინავე დონეზე იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული კრისტალების სფეროში (Yb: YAG, Yb: FAP, Yb: SFAP და ა.შ.), რაც წყვეტს ისეთ ძირითად ტექნოლოგიებს, როგორიცაა კრისტალების ზრდა და ლაზერული სწრაფი, პულსური, უწყვეტი და რეგულირებადი გამომავალი. კვლევის შედეგები გამოიყენება ეროვნულ თავდაცვაში, მრეწველობასა და სამეცნიერო ინჟინერიაში, ხოლო იტერბიუმის დოპირებული კრისტალური პროდუქტები ექსპორტირებულია მრავალ ქვეყანაში და რეგიონში, როგორიცაა შეერთებული შტატები და იაპონია.

იტერბიუმის ლაზერული მასალების კიდევ ერთი მთავარი კატეგორიაა ლაზერული მინა. შემუშავებულია სხვადასხვა მაღალი ემისიის განივი კვეთის ლაზერული მინა, მათ შორის გერმანიუმის ტელურიტი, სილიციუმის ნიობატი, ბორატი და ფოსფატი. მინის ჩამოსხმის სიმარტივის გამო, მისი დამზადება შესაძლებელია დიდ ზომებში და აქვს ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა მაღალი სინათლის გამტარობა და მაღალი ერთგვაროვნება, რაც შესაძლებელს ხდის მაღალი სიმძლავრის ლაზერების წარმოებას. ნაცნობი იშვიათმიწა ლაზერული მინა ძირითადად...ნეოდიმიმინა, რომლის განვითარების ისტორია 40 წელზე მეტია და წარმოებისა და გამოყენების ტექნოლოგია განვითარებულია. ის ყოველთვის იყო სასურველი მასალა მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მოწყობილობებისთვის და გამოიყენებოდა ბირთვული შერწყმის ექსპერიმენტულ მოწყობილობებსა და ლაზერულ იარაღში. ჩინეთში აწყობილი მაღალი სიმძლავრის ლაზერული მოწყობილობები, რომლებიც შედგება ლაზერისგან,ნეოდიმიმინა, როგორც მთავარი ლაზერული საშუალება, მსოფლიოში მოწინავე დონეს მიაღწია. თუმცა, ლაზერული ნეოდიმიური მინა ახლა ლაზერული იტერბიუმის მინის ძლიერი გამოწვევის წინაშე დგას.

ბოლო წლებში ჩატარებულმა მრავალმა კვლევამ აჩვენა, რომ ლაზერული იტერბიუმის მინის მრავალი თვისება აღემატება...ნეოდიმიმინა. იმის გამო, რომ იტერბიუმის დოპირებულ ლუმინესცენციას მხოლოდ ორი ენერგეტიკული დონე აქვს, ენერგიის შენახვის ეფექტურობა მაღალია. ამავე მოგებისას, იტერბიუმის მინას აქვს ენერგიის შენახვის ეფექტურობა, რომელიც 16-ჯერ მეტია ნეოდიმიუმის მინაზე და ფლუორესცენციის სიცოცხლის ხანგრძლივობა, რომელიც 3-ჯერ მეტია ნეოდიმიუმის მინაზე. მას ასევე აქვს ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი დოპირების კონცენტრაცია, შთანთქმის გამტარობა და ნახევარგამტარების მიერ პირდაპირ ტუმბოს შესაძლებლობა, რაც მას ძალიან შესაფერისს ხდის მაღალი სიმძლავრის ლაზერებისთვის. თუმცა, იტერბიუმის ლაზერული მინის პრაქტიკული გამოყენება ხშირად ეყრდნობა ნეოდიმიუმის დახმარებას, როგორიცაა Nd3+-ის გამოყენება, როგორც სენსიბილიზატორი, რათა იტერბიუმის ლაზერული მინა იმუშაოს ოთახის ტემპერატურაზე და μ ლაზერის გამოსხივება მიიღწევა m ტალღის სიგრძეზე. ამრიგად, იტერბიუმი და ნეოდიმი ლაზერული მინის სფეროში როგორც კონკურენტები, ასევე თანამშრომლობის პარტნიორები არიან.

შუშის შემადგენლობის რეგულირებით შესაძლებელია იტერბიუმის ლაზერული შუშის მრავალი ლუმინესცენტური თვისების გაუმჯობესება. მაღალი სიმძლავრის ლაზერების, როგორც მთავარი მიმართულების შემუშავების გამო, იტერბიუმის ლაზერული შუშისგან დამზადებული ლაზერები სულ უფრო ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე მრეწველობაში, სოფლის მეურნეობაში, მედიცინაში, სამეცნიერო კვლევებსა და სამხედრო პრაქტიკებში.

სამხედრო გამოყენება: ბირთვული შერწყმის შედეგად წარმოქმნილი ენერგიის ენერგიად გამოყენება ყოველთვის მოსალოდნელი მიზანი იყო და კონტროლირებადი ბირთვული შერწყმის მიღწევა კაცობრიობისთვის ენერგეტიკული პრობლემების გადაჭრის მნიშვნელოვანი საშუალება იქნება. იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული მინა XXI საუკუნეში ინერციული შეზღუდვის შერწყმის (ICF) გაუმჯობესების მისაღწევად სასურველი მასალა ხდება მისი შესანიშნავი ლაზერული მუშაობის გამო.

ლაზერული იარაღი იყენებს ლაზერული სხივის უზარმაზარ ენერგიას სამიზნეების დასარტყმელად და გასასანადგურებლად, მილიარდობით გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურის გენერირებით და სინათლის სიჩქარით პირდაპირი შეტევით. მათ შეიძლება ვუწოდოთ ნადანა და აქვთ მაღალი ლეტალურობა, განსაკუთრებით შესაფერისია თანამედროვე საჰაერო თავდაცვის იარაღის სისტემებისთვის საომარ მოქმედებებში. იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული მინის შესანიშნავმა მუშაობამ ის მნიშვნელოვანი ძირითადი მასალა გახადა მაღალი სიმძლავრის და მაღალი ხარისხის ლაზერული იარაღის წარმოებისთვის.

ბოჭკოვანი ლაზერი სწრაფად განვითარებადი ახალი ტექნოლოგიაა და ასევე მიეკუთვნება ლაზერული მინის აპლიკაციების სფეროს. ბოჭკოვანი ლაზერი არის ლაზერი, რომელიც იყენებს ბოჭკოს, როგორც ლაზერულ საშუალებას, რომელიც ბოჭკოვანი და ლაზერული ტექნოლოგიების კომბინაციის პროდუქტია. ეს არის ახალი ლაზერული ტექნოლოგია, რომელიც შემუშავებულია ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის (EDFA) ტექნოლოგიის საფუძველზე. ბოჭკოვანი ლაზერი შედგება ნახევარგამტარული ლაზერული დიოდისგან, როგორც ტუმბოს წყაროსგან, ბოჭკოვანი ოპტიკური ტალღის გამტარისგან და გამაძლიერებელი საშუალებისგან, და ოპტიკური კომპონენტებისგან, როგორიცაა ბადისებრი ბოჭკოები და შემაერთებლები. ის არ საჭიროებს ოპტიკური გზის მექანიკურ რეგულირებას და მექანიზმი კომპაქტური და მარტივი ინტეგრირებადია. ტრადიციულ მყარი მდგომარეობის ლაზერებთან და ნახევარგამტარულ ლაზერებთან შედარებით, მას აქვს ტექნოლოგიური და შესრულების უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი სხივის ხარისხი, კარგი სტაბილურობა, გარემო ფაქტორებისადმი ძლიერი წინააღმდეგობა, რეგულირების, მოვლის საჭიროების არარსებობა და კომპაქტური სტრუქტურა. იმის გამო, რომ დოპირებული იონები ძირითადად Nd+3, Yb+3, Er+3, Tm+3, Ho+3-ია, რომლებიც იყენებენ იშვიათმიწა ბოჭკოებს გამაძლიერებელ საშუალებად, კომპანიის მიერ შემუშავებულ ბოჭკოვან ლაზერს ასევე შეიძლება ეწოდოს იშვიათმიწა ბოჭკოვანი ლაზერი.

ლაზერის გამოყენება: ბოლო წლებში მაღალი სიმძლავრის იტერბიუმის დოპირებული ორმაგი შემოსაზღვრული ბოჭკოვანი ლაზერი მყარი მდგომარეობის ლაზერული ტექნოლოგიების პოპულარობის მაძიებელი გახდა საერთაშორისო მასშტაბით. მას აქვს კარგი სხივის ხარისხი, კომპაქტური სტრუქტურა და მაღალი გარდაქმნის ეფექტურობა, ასევე ფართო გამოყენების პერსპექტივები სამრეწველო დამუშავებასა და სხვა სფეროებში. ორმაგი შემოსაზღვრული იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოები შესაფერისია ნახევარგამტარული ლაზერული ტუმბოსთვის, მაღალი შეერთების ეფექტურობით და ლაზერის მაღალი გამომავალი სიმძლავრით და წარმოადგენს იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოების განვითარების ძირითად მიმართულებას. ჩინეთის ორმაგი შემოსაზღვრული იტერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი ტექნოლოგია აღარ არის უცხო ქვეყნების მოწინავე დონის ტოლი. ჩინეთში შემუშავებულმა იტერბიუმის დოპირებულმა ბოჭკომ, ორმაგი შემოსაზღვრული იტერბიუმის დოპირებულმა ბოჭკომ და ერბიუმის იტერბიუმის კოდოპირებულმა ბოჭკომ მიაღწია მსგავსი უცხოური პროდუქტების მოწინავე დონეს შესრულებისა და საიმედოობის თვალსაზრისით, აქვს ფასის უპირატესობები და აქვს ძირითადი დაპატენტებული ტექნოლოგიები მრავალი პროდუქტისა და მეთოდისთვის.

მსოფლიოში ცნობილმა გერმანულმა IPG ლაზერულმა კომპანიამ ცოტა ხნის წინ განაცხადა, რომ მათ ახლად გამოშვებულ იტერბიუმის დოპირებულ ბოჭკოვან ლაზერულ სისტემას აქვს შესანიშნავი სხივური მახასიათებლები, ტუმბოს სიცოცხლის ხანგრძლივობა 50000 საათზე მეტი, ცენტრალური გამოსხივების ტალღის სიგრძე 1070 ნმ-1080 ნმ და გამომავალი სიმძლავრე 20 კვტ-მდე. ის გამოიყენება წვრილი შედუღების, ჭრისა და კლდის ბურღვის დროს.

ლაზერული მასალები ლაზერული ტექნოლოგიების განვითარების ბირთვს და საფუძველს წარმოადგენს. ლაზერული ინდუსტრიის სფეროში ყოველთვის არსებობდა გამოთქმა, რომ „მასალების ერთი თაობა, მოწყობილობების ერთი თაობა“. მოწინავე და პრაქტიკული ლაზერული მოწყობილობების შესამუშავებლად, პირველ რიგში, აუცილებელია მაღალი ხარისხის ლაზერული მასალების ფლობა და სხვა შესაბამისი ტექნოლოგიების ინტეგრირება. იტერბიუმის დოპირებული ლაზერული კრისტალები და ლაზერული მინა, როგორც მყარი ლაზერული მასალების ახალი ძალა, ხელს უწყობს ბოჭკოვანი ოპტიკური კომუნიკაციისა და ლაზერული ტექნოლოგიების ინოვაციურ განვითარებას, განსაკუთრებით ისეთ მოწინავე ლაზერულ ტექნოლოგიებში, როგორიცაა მაღალი სიმძლავრის ბირთვული შერწყმის ლაზერები, მაღალი ენერგიის ფილებით მომუშავე ლაზერები და მაღალი ენერგიის იარაღის ლაზერები.

გარდა ამისა, იტერბიუმი ასევე გამოიყენება როგორც ფლუორესცენტული ფხვნილის აქტივატორი, რადიოკერამიკა, ელექტრონული კომპიუტერის მეხსიერების კომპონენტების (მაგნიტური ბუშტების) დანამატები და ოპტიკური მინის დანამატები. უნდა აღინიშნოს, რომ იტრიუმი და იტრიუმი ორივე იშვიათმიწა ელემენტებია. მიუხედავად იმისა, რომ ინგლისურ სახელწოდებებსა და ელემენტების სიმბოლოებში მნიშვნელოვანი განსხვავებებია, ჩინურ ფონეტიკურ ანბანს ერთი და იგივე მარცვლები აქვს. ზოგიერთ ჩინურ თარგმანში იტრიუმს ზოგჯერ შეცდომით იტრიუმს უწოდებენ. ამ შემთხვევაში, დასადასტურებლად საჭიროა ორიგინალი ტექსტის თვალყურის დევნება და ელემენტის სიმბოლოების გაერთიანება.