اربیوم یک فلز نقره ای رنگ است که از سری لانتانیدهای جدول تناوبی است. این فلز درخشان، براق، نرم و انعطاف پذیر است. بر خلاف سایر فلزات کمیاب، اربیم در تماس با هوا پایدار است، زیرا در ترکیب با اکسیژن به آرامی اکسید می شود. خود اربیوم خالص ممکن است از سایر فلزات نقره متمایز نباشد، اما نمک های صورتی و زیبای آن مطمئناً قابل تشخیص هستند. بیایید این عنصر را بیشتر بررسی کنیم.

حقایق جالب درباره اربیوم

1. اربیوم یک فلز خاکی کمیاب است. برخلاف نامش، در واقع چهل و پنجمین عنصر فراوان در پوسته زمین است.
2. شهر کوچکی در سوئد به نام ایتربی الهام گرفته از نامگذاری اربیوم است. عناصر دیگری نیز وجود دارند که نام آنها نیز از ایتربی آمده است: تربیوم، ایتریم و ایتربیوم.
3. اره³⁺ زیر نور فلورسنت به رنگ صورتی روشن می درخشد. این باعث می شود این یون ها برای کاربردهای نوری ایده آل باشند.
4. ترکیبات اربیوم کاربردهای گسترده ای دارند و حتی مانیتورهای کامپیوتری می سازند.
5. جهان سالانه حدود 500 تن اربیوم تولید می کند.

اربیوم یک لانتانید است

گروه لانتانید متشکل از پانزده عنصر شیمیایی است که همگی دارای یک الکترون ظرفیتی در لایه مداری 5 بعدی خود هستند. در حالی که لانتانیدها به طور کلی واکنش پذیر هستند، اربیم متفاوت است. به آرامی اکسید می شود و در اکسیژن پایدار است. اربیم به عنوان یک لانتانید دارای چندین ویژگی مهم است، از جمله یک عامل احیا کننده قوی، یک فلز نرم و دارای نقطه ذوب و جوش بالا به ترتیب 1529 درجه سانتیگراد و 2868 درجه سانتیگراد. شایان ذکر است، از بین تمام لانتانیدها، اربیوم یکی از ضعیف‌ترین اسپین‌های هسته‌ای را دارد، در حالی که بقیه به شدت پارامغناطیس هستند.

ایزوتوپ های اربیوم

برای شروع، ایزوتوپ چیست؟ ایزوتوپ ها اتم های یک عنصر شیمیایی هستند که از نظر تعداد نوترون ها متفاوت هستند. در حالی که آنها رفتار شیمیایی مشابهی دارند، تفاوت های فیزیکی دارند. در حال حاضر، ما سی و یک ایزوتوپ، از جمله پایدار و رادیواکتیو را می شناسیم. شش ایزوتوپ پایدار هستند ¹⁶²آره، ¹⁶⁴آره، ¹⁶⁶آره،¹⁶⁷آره، ¹⁶⁸ار، و ¹⁷⁰اره از این شش، ¹⁶⁶Er با فراوانی 33.6 درصد فراوان ترین است. با این حال، ¹⁶⁸Er تنها با کاربردهای قابل توجه در دنیای واقعی است. تولید می کند ¹⁶⁹Er، که می تواند با کمک به بهبود غضروف آسیب دیده به درمان آرتریت روماتوئید کمک کند.

در میان سیزده ایزوتوپ رادیواکتیو، ¹⁶⁹Er پایدارترین است و نیمه عمر آن 9.4 روز است. از سوی دیگر، اکثر ایزوتوپ ها نیمه عمر کمتر از چهار دقیقه دارند. این ایزوتوپ های رادیواکتیو زمانی تشکیل می شوند که ذرات کوچک مانند نوترون ها به سمت اتم های عنصر شلیک می کنند و در آنجا باقی می مانند. علاوه بر این، هنگامی که از هم جدا می شوند، تابش ساطع می کنند. همه ایزوتوپ‌های اربیوم دارای ویژگی جاذب نوترون خوبی هستند که باعث محبوبیت آنها در ساخت میله‌های کنترل راکتور هسته‌ای می‌شود.

کاربردهای اربیوم در دنیای امروز

لیزرها

لیزرهای اربیوم ایتریم آلومینیوم گارنت (YAG) لیزرهای حالت جامد هستند. اگر تا به حال تحت لیزر درمانی برای از بین بردن جای جوش، خال، خالکوبی یا زگیل قرار گرفته باشید، ممکن است با آنها آشنا باشید. این لیزرها طول موج های نوری را ساطع می کنند که با ایجاد گرما سلول های بیمار را از بین می برد. مطابق با “چرا اربیوم: لیزرهای YAH درمان های برتری نسبت به لیزرهای CO2 ارائه می دهنددرمان های لیزر اربیوم YAG برای پوست ایمن تر است زیرا کمتر تهاجمی و دردناک است. در مقایسه با CO₂ لیزرهایی که طول موج 10600 نانومتر دارند، لیزرهای اربیوم YAG 2940 نانومتر ساطع می کنند. با این طول موج، لیزرهای اربیوم YAG می توانند به سرعت آب را در پوست تبخیر کنند بدون اینکه آسیب حرارتی زیادی ایجاد کنند.

آلیاژها

فلز وانادیوم خالص یک فلز نیمه سخت است که کار با آن کمی دشوار است زیرا انعطاف زیادی ندارد. بنابراین، اربیوم یک افزودنی رایج به آلیاژهای وانادیوم است که باعث افزایش شکل پذیری و کارایی می شود. علاوه بر این، اربیوم یک افزودنی به آلیاژهای نیکل است که مقاومت زیادی در برابر دمای بالای مایع-هلیوم دارند. این امر آن را برای ساخت خنک کننده های سرمایشی و فیلترهای عکاسی ایده آل می کند.

ارتباطات فیبر نوری

تقویت کننده های دوپ شده با اربیوم برای نوری دوربرد مهم هستند ارتباطات فیبر نوری. این چیه؟ ارتباط فیبر نوری روشی برای انتقال اطلاعات در فواصل طولانی از طریق فیبرهای نوری است. فیبرهای نوری رشته های نازک و انعطاف پذیر شیشه ای یا پلاستیکی هستند که نور را از یک سر فیبر به انتهای دیگر منتقل می کنند. از طریق ارتباطات فیبر نوری می‌توانیم پیام‌های صوتی و ویدئو را در مسافت طولانی ارسال کنیم و می‌توانیم از اینترنت استفاده کنیم. افزودن اربیوم به فیبرهای نوری نور را تقویت می کند و از بین رفتن فیبر نوری در ارتباطات راه دور را جبران می کند. در اصل، اربیوم یک تقویت کننده است که قدرت را در خط انتقال افزایش می دهد.

اربیوم در شیشه

مانند آنتیموان و گالیوم، عنصر اربیوم می تواند نور مادون قرمز را جذب کند. هنگامی که به شیشه اضافه می شود، شیشه توانایی جذب نور مادون قرمز را نیز به دست می آورد. بنابراین عینک های ایمنی لیزری اغلب حاوی اربیوم هستند. اینها برای محافظت از چشم در برابر پرتوهای لیزر و تابش کار می کنند. ترکیبات اربیوم، مانند اکسید اربیوم، به دلیل رنگ صورتی که دارند، رنگ‌دهنده هستند. جدا از ایجاد گوگل های ایمنی، این عنصر محصولات زیبایی تولید می کند. هنگامی که به شیشه یا چینی اضافه می شود، رنگ صورتی دوست داشتنی ایجاد می کند که ممکن است در جواهرات ارزان قیمت دیده شود.

تاریخچه اربیوم

کارل گوستاو موساندر، جراح و شیمیدان سوئدی، اربیوم عنصری را در سال 1843 “کشف” کرد. او یک نمونه معدنی گادولینیت به دست آورد و پس از تجزیه و تحلیل آن، ایتریا استخراج کرد که آن را به سه ماده مختلف تقسیم کرد: ایتریا، اربیا و تربیا. . با این حال، به دلیل خواص مشابه، اربیا و تربیا اغلب برای یکدیگر اشتباه گرفته می شدند. در نهایت تربیا به اربیا تغییر نام داد و اربیا به ترتیب در سال های 1860 و 1877 به تربیا تغییر نام داد. در حالی که موساندر به عنوان بنیانگذار اربیوم شناخته می شود، او از نظر فنی فقط اربیا، ترکیبی از اربیوم را کشف کرد.

در سال 1905، شیمیدان فرانسوی جورج اوربن و شیمیدان آمریکایی چارلز جیمز نمونه های خالص اربیا را به دست آوردند. فلز اربیوم خالص تا سال 1943 به دست نیامد. دو کارگر، ویلهلم کلم و هاینریش بومر، کلرید اربیوم بی آب را با بخار پتاسیم کاهش دادند.

واکنش های اربیوم

اربیوم + هوا

همانطور که گفته شد، اربیوم در هوای خشک نسبتاً پایدار است. با این حال، زمانی که هوا حاوی رطوبت باشد، به آرامی می سوزد و اکسید اربیوم (III) به نام Er می شود.₂O₃. با این واکنش، اربیوم درخشندگی خود را از دست می دهد و کدر می شود.

اربیوم + آب

اربیوم الکترومثبت است، یعنی تمایل آن به از دست دادن الکترون برای تشکیل کاتیون های مثبت است. هنگامی که یک عنصر الکترومثبت با ماده شیمیایی دیگری روبرو می شود که به راحتی می تواند الکترون ها را بپذیرد، یک واکنش آسان رخ می دهد. هنگامی که اربیم با آب واکنش می دهد، الکترون بیرونی خود را به هیدروژن مولکول آب می دهد و اربیوم هیدروکسید، Er(OH) را تشکیل می دهد.₃. این واکنش با آب سرد به آرامی و با آب گرم به سرعت رخ می دهد.

اربیوم + هالوژن ها

همه هالوژن ها به خوبی با اربیوم واکنش می دهند و هالیدهای اربیوم (III) را تشکیل می دهند. فلوئور، کلر، برم و ید با اربیوم واکنش داده و فلوراید اربیم (III) را تشکیل می دهند.₃اربیم (III) کلرید، ErCl₃اربیم (III) برمید، ErBr₃و یدید اربیم (III)، ErI₃، به ترتیب.

اربیوم + اسیدها

هنگامی که در اسید سولفوریک رقیق قرار می گیرد، اربیم به راحتی تجزیه می شود و محلولی زرد رنگ حاوی یون های Er(III) و گاز هیدروژن تشکیل می دهد.

ترکیبات اربیوم

اکسیدها

اکسیدهای اربیوم (III) زمانی تشکیل می شوند که اربیوم در هوای حاوی رطوبت می سوزد. آنها به صورت بلورهای صورتی رنگ ظاهر می شوند که در آب نامحلول هستند و در محلول های اسید معدنی قوی تجزیه می شوند و نمک های اربیوم (III) را تشکیل می دهند. اکسیدهای اربیوم بسیار مفید هستند زیرا فوتون ها را تبدیل می کنند. نور مادون قرمز به نور ماوراء بنفش تبدیل می شود. نانوذرات صورتی اکسید اربیوم رسانایی الکتریکی، چقرمگی و نورتابی را افزایش داده است. از کاربردهای مهم اکسیدهای اربیوم می توان به ساخت نمایشگرهای شیشه ای مانند نمایشگرهای کامپیوتری، پوشش های مقاوم در برابر خوردگی و دمای بالا و ترانزیستورهای نیمه هادی اکسید فلزی اشاره کرد. علاوه بر این، کدورت را افزایش می دهند و رنگ صورتی برای سرامیک و چینی هستند.

هالیدها

هالیدهای اربیوم شامل فلوراید اربیم (III)، کلرید اربیم (III)، برمید اربیم (III) و یدید اربیم (III) است. اربیوم فلوراید یک ترکیب نامحلول است که برای فرآیندهای حساس به اکسیژن مفید است. در تولید فلز نقش دارد. برای استخراج اربیوم، جریان الکتریکی از فلوراید اربیم عبور می کند. علاوه بر این، اربیم به خوبی با اسید هیدروفلوئوریک واکنش نشان نمی دهد زیرا اربیم فلوراید سطح فلز را می پوشاند. کلرید اربیوم جامد صورتی و محلول است که به عنوان یک کاتالیزور در واکنش هایی که الکل ها و فنل ها را تشکیل می دهند عمل می کند. این ترکیب نسبتاً سمی است و هنگام گرم شدن بخارات سمی منتشر می کند و باعث تحریک تنفسی می شود. اربیوم بروماید در آب نیز محلول است. مشابه دیگر ترکیبات برومیدی، اربیوم بروماید برای تصفیه آب و تجزیه شیمیایی کریستال های دیگر مواد معدنی استفاده می شود. یدید اربیوم نامحلول است و به صورت جامد صورتی روشن ظاهر می شود. در سنتز سایر مواد شیمیایی نقش دارد و به خوبی با عوامل اکسید کننده و اسیدهای قوی واکنش نشان می دهد.

جداسازی اربیوم

اربیوم یک است زمین کمیاب فلز است و هرگز آزادانه در طبیعت یافت نمی شود. این در سنگ معدن مونازیت و باستنزیت که عمدتاً در چین و ایالات متحده استخراج می شود، وجود دارد. روش اصلی استخراج اربیوم از xenotime و euxenite است، زیرا آنها منابع بسیار بهتری هستند. برای پردازش فلز اربیوم، اکسیدهای اربیوم با کلسیم در دمای 1450 درجه سانتیگراد گرم می شوند. یکی دیگر از روش های بدست آوردن اربیوم، تبدیل ماده معدنی حاوی اربیوم به فلوراید اربیم است. سپس یک جریان الکتریکی از ترکیب عبور می کند تا اربیوم خالص جدا شود.

حالت های اکسیداسیون اربیوم

اربیوم تقریباً منحصراً در حالت اکسیداسیون +3 وجود دارد، اگرچه برخی کمپلکس‌های نادر با اربیوم در حالت‌های اکسیداسیون +1 و +2 وجود دارد. ار³⁺ رنگ یون در محلول صورتی است. همانطور که گفته شد، این رنگ صورتی، اربیوم را به یک ماده رنگی عالی تبدیل می کند.

خواص اربیوم

• نقطه ذوب: 1802 K; 1529 درجه سانتی گراد; 2784 درجه فارنهایت
• نقطه جوش: 3141 K; 2868 درجه سانتی گراد; 5194 درجه فارنهایت
• چگالی: 9.07 گرم بر سانتی متر³
• وزن اتمی: 167.259
• عدد اتمی: 68
• الکترونگاتیوی: 1.24
• طبقه بندی: لانتانید
• فراوانی طبیعی در پوسته زمین: 0.0034%
• پیکربندی پوسته الکترونی:[Xe] 4f¹² 6 ثانیه²
• ایزوتوپ ها: شش ایزوتوپ پایدار: ¹⁶²آره، ¹⁶⁴آره، ¹⁶⁶آره،¹⁶⁷آره، ¹⁶⁸آره، ¹⁷⁰اره
• به طور طبیعی در مواد معدنی یافت می شود: عمدتاً در مونازیت و باستنزیت یافت می شود
• سمیت: ترکیبات اربیوم غیر سمی هستند، در حالی که اربیوم خالص کمی سمی است