{{위키데이터 속성 추적}}
{{원소 정보/이터븀}}
'''이터븀'''(←{{llang|en|ytterbium|이터비엄}}) 또는 '''이테르븀'''({{문화어|이테르비움}}←{{llang|de|Ytterbium|위테르비움}})은 [[화학 원소]]로 기호는 '''Yb'''(←{{llang|la|Ytterbium|이테르비움}}), [[원자 번호]]는 70이다.

[[주기율표]]상으로 란타넘족 원소 중 14번째이며 끝에서 두 번째에 위치해 있다. 이는 이터븀이 다른 란타넘족 원소들과 다르게 비교적 안정한 +2의 [[산화수]]를 가질 수 있는 이유이다. 하지만 다른 모든 란타넘족 원소들처럼 화합물(할로젠화물, 산화물 등) 내에서 가지는 주요 산화수는 +3으로 나타난다. 이터븀의 수용성인 화합물은 다른 원자번호가 큰 란타넘족 원소들의 [[수용성]] 화합물처럼 수용액 내에서는 9개의 [[물]] 분자와 [[배위화합물]](coordination complex)를 형성한다.  꽉 찬 [[전자 배치]]에 의해, 이터븀의 [[녹는점]]과 [[끓는점]]은 대부분 란타넘족 원소들의 경우와 눈에 보일 만한 차이를 보인다.  

이터븀은 많은 [[희토류 원소]]의 혼합물인 이트리아(Yttria)에 포함된 9가지 원소들 중 하나이다. 이트리아에서 [[스칸듐]]과 [[어븀]]을 포함하는 에르비아(Erbia)가 분리되었고 에르비아는 이터븀과 [[루테튬]](Lu)을 포함하는 이테르비아(Ytterbia), [[툴륨]](Tm)을 포함하는 툴리아(Thulia), [[디스프로슘]]과 [[홀뮴]]이 들어있던 홀미아(Holmia)로 분리되었다. 이터븀과 함께 분리된 [[루테튬]]은 처음에는 루테슘(Lutecium)으로 불리다가 후에 루테튬(Lutetium)으로 바뀌었다. 

현재 이터븀은 [[스테인리스강|스테인리스 스틸]]에 추가하는 불순물이나 레이저, 흔하지 않지만 [[감마선]]원으로도 사용된다. 자연적으로 7개의 [[안정 동위 원소|안정 동위원소]]로 존재하며 중국, 미국, 브라질, 인도 등의 나라에서 광물에 포함되어 산출된다. 추출되었을 때 이터븀은 눈과 피부를 다소 자극할 수 있으며 특히 가루 형태일 때 [[가연성]]이고 폭발의 위험이 있다.

== 물리적 성질 ==
이터븀은 찬물과 천천히 반응하며 공기 중에서 서서히 산화한다. 이터븀은 3가지 결정 구조를 가지는데 알파 결정 구조는 -13 °C이하에서 존재하고 낮은 온도에서 안정하며 [[육방정계]] 결정 구조를 가지고 있고, 감마 결정 구조는 795 °C이상에서 존재하고 [[체심 입방 격자|체심입방격자]] 구조를 갖는다. 베타 결정 구조는 상온에서 존재하며 [[면심 입방 격자|면심입방격자]] 구조를 가지고 있다. 베타 결정 구조는 금속적인 [[전기전도도]]를 갖는데 16000 [[기압]](1.6 GPa)에서는 [[반도체]]가 되고 39000기압(3.9 GPa)에서는 10배나 [[전기저항]]이 상승한다. 하지만 신기하게도 40000기압에서는(4.0 GPa) 전기 저항이 1기압일 때의 전기 저항의 90 %밖에 되지 않는다. 저온에서 [[강자성]]이나 [[반강자성]]을 가지는 다른 란타넘족들과는 달리 이터븀은 1 [[켈빈|K]] 위의 낮은 온도에서 [[상자성]]을 가진다. 예외로 알파 동소체는 [[반자성체]]이다. 이터븀은 [[녹는점]]이 824 °C, [[끓는점]]이 1196 °C로 [[액체]]로 존재하는 온도 범위가 가장 작은 [[금속]]이다.

조밀육방격자를 가지는 대부분의 란타넘족 원소들과 달리 이터븀은 [[면심 입방 격자|면심입방격자]] 구조를 갖는다. 이터븀의 [[밀도]]는 6.973 g/cm^(3)로 이웃한 [[툴륨]] (9.32 g/cm^(3))과 [[루테튬]] (9.841 g/cm^(3))에 비해 상당히 낮다. 밀도 뿐만 아니라 녹는점과 끓는점도 이들에 비해 상당히 낮다. 이는 이터븀의 채워진 [[전자 배치]]([Xe] 4f<sup>14</sup> 6s<sup>2</sup>)와 관련이 있는데 이터븀은 두개의 6s전자로 [[금속 결합|금속결합]]이 가능하고 (다른 란타넘족들은 3개로 가능하다)이는 최종적으로 이터븀의 금속성 반지름을 증가시킨다.

== 화학적 성질 ==
이터븀 금속은 공기 중에서 느리게 광택을 잃는다. 고운 분말 형태라면 공기 중에서 산소의 존재 하에 쉽게 산화된다. 이터븀 가루를 [[폴리테트라플루오로에틸렌]]이나 헥사클로로에탄과 섞어 태우면 밝은 에메랄드 색 빛으로 탄다. 또한 이터븀은 수소와 화학량적이지 않은 수소화물을 생성한다. 이터븀은 물과 천천히 반응하지만 산성 용액 안에서는 수소 기체를 생성하며 빠르게 반응한다. 

이터븀은 꽤 전기 양성적인 금속이다. 찬물과 천천히, 따뜻한 물과는 꽤 빠르게 반응하며 [[수소]] 기체를 생성시킨다.

2 Yb (s) + 6 H<sub>2</sub>O (l) → 2 Yb(OH)<sub>3</sub> (aq) + 3 H<sub>2</sub>

이터븀은 모든 [[할로젠]] 원소들과 반응해서 흰색 [[이온 결합|이온결합]] 화합물을 생성한다.

2 Yb (s) + 3 F<sub>2</sub> (g) → 2 YbF<sub>3</sub>

2 Yb (s) + 3 Cl<sub>2</sub> (g) → 2 YbCl<sub>3</sub>

2 Yb (s) + 3 Br<sub>2</sub> (g) → 2 YbBr<sub>3</sub>

2 Yb (s) + 3 I<sub>2</sub> (g) → 2 YbI<sub>3</sub>

이터븀(III) 이온은 [[적외선]]과 비슷한 파장을 가지는 빛([[전자기파]])를 흡수하지만 [[가시광선]] 영역의 빛은 흡수하지 않기 때문에 [[산화이터븀]](Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)인 이테르비아(Ytterbia)는 흰색을 띤다. 마찬가지로 여러 이터븀 [[염]]도 흰색이다(뚜렷한 색을 나타내지 않는다). 이터븀은 묽은 [[황산]]과 쉽게 반응해 색깔 없는 이터븀(III) 이온을 만드는데, 이는 9수화물 복합체로 존재한다.

2 Yb (s) + 3 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> (aq) + 18 H<sub>2</sub>O (l) → 2 [Yb(H<sub>2</sub>O)<sub>9</sub>]<sup>3+</sup> (aq) + 3 SO2−4 (aq) + 3 H<sub>2</sub> (g)

=== Yb<sup>2+</sup>와 Yb<sup>3+</sup> ===
이터븀의 주요 [[산화수]]는 +3이지만 쉽게 +2의 산화수도 가질 수 있다. 이러한 성질은 [[란타넘족]] 원소로써는 예외적인데, 이들은 거의 오직 +3의 산화수를 가지며 화합물을 형성하기 때문이다. 이터븀(II) 이온은 [Xe] 4f<sup>14</sup>의 전자 배치를 가지는데, 이는 꽉 찬 4f 껍질이 이온을 안정하게 만들기 때문이다. 연두색 이터븀(II) 이온 Yb<sup>2+</sup>은 매우 강한 [[환원제]]로, 물을 분해하여 수소 기체를 발생시킨다. 그렇게 때문에 이터븀은 이터븀(III) 이온 형태로만 수용액 상태로 존재할 수 있다. [[사마륨]](Sm)과 [[툴륨]](Tm)도 +2의 산화수를 가지는 이온 상태일 때 이런 성질을 나타내지만 [[유로퓸]](Eu)의 경우, Eu<sup>2+</sup>는 수용액 상태에서 안정하다. 이터븀 금속은 유로퓸이나 [[알칼리 토금속|알칼리토금속]] 원소들처럼 암모니아와 반응해 [[전자]]가 음이온 역할을 하는 파란색 염을 만든다. (이런 화합물을 Electride, 즉 '전자화물'이라고 한다) 

예: [[알칼리 금속|알칼리금속]] 원소인 [[소듐]]의 경우, Na + 6 NH<sub>3</sub> → [Na(NH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sup>+</sup>,e<sup>−</sup>

바로 여기서 음전하를 띠는 전자가 바로 [[음이온]] 역할을 한다. 이러한 전자화물(Electride)에서 양이온은 [[배위 결합|배위결합]]이 포함된 [[배위화합물]]이다. 

=== 동위원소 ===
자연적으로 이터븀은 7가지의 안정 [[동위 원소|동위원소]](<sup>168</sup>Yb, <sup>170</sup>Yb, <sup>171</sup>Yb, <sup>172</sup>Yb, <sup>173</sup>Yb, <sup>174</sup>Yb 그리고 <sup>176</sup>Yb) 형태로 존재한다. 이들 중 <sup>174</sup>Yb가 31.8 %로 가장 존재비가 높다. 27개의 [[방사성 동위 원소|방사성 동위원소]]도 알려져 있으며 가장 반감기가 긴 것들은 <sup>169</sup>Yb (32.0 일), <sup>175</sup>Yb (4.18 일), 그리고 <sup>166</sup>Yb (56.7 시간)이다. 나머지 방사성 동위원소들은 반감기가 2시간을 넘지 않으며 대부분 20분 이하이다. 이터븀은 12개의 준안정 상태(meta state)의 원자핵 역시 가지는데, 이 중 가장 반감기가 긴 것은 <sup>169m</sup>Yb (반감기 46초)이다.   

이터븀의 동위원소들은 <sup>148</sup>Yb의 경우인 147.9674 [[원자 질량 단위|u]]에서부터 <sup>181</sup>Yb의 경우인 182.9562 u의 [[원자량]] 범위를 가진다. 이터븀의 가장 안정한 동위원소 <sup>174</sup>Yb보다 중성자수가 적은 방사성 동위원소들의 일반적인 방사성 붕괴 형식은 [[전자 포획]]이고 <sup>174</sup>Yb 보다 중성자수가 더 많은 방사성 동위원소의 일반적인 붕괴 형식은 [[베타 붕괴]]이다. 그렇기 때문에 전자 포획을 일반적인 붕괴 형식으로 가지는 <sup>174</sup>Yb보다 중성자수가 적은 방사성 동위원소의 붕괴 산물은 [[툴륨]](Tm) 동위원소이고 <sup>174</sup>Yb 보다 [[중성자]]수가 더 많은 방사성 동위원소의 붕괴 산물은 [[루테튬]](Lu) 동위원소이다.      

== 생산 ==
이터븀은 다른 란타넘족 원소들과 화학적 성질이 비슷하기 때문에 분리하기 힘든 편이다. 이터븀은 이온 교환 방법을 쓰거나 [[소듐]] [[아말감]](소듐과 [[수은]]으로 이루어진 합금)으로 환원시켜서 다른 [[희토류 원소|희토류 금속]]들로부터 분리된다. 3가의 희토류 금속 [[이온]]들이 녹아있는 산성 용액에 용융 상태의 소듐-수은 합금([[소듐]] 아말감)을 부으면 이는 Yb<sup>3+</sup>를 환원시켜서 녹이게 된다. 이터븀 금속은 용액 안에서 수산염(oxalate) 형태로 분리되고 가열해서 산화물 형태로 바꾼다. 이터븀 금속은 그 산화물을 [[란타넘]](La), [[알루미늄]](Al), [[세륨]](Ce), [[지르코늄]](Zr)과 [[진공|고진공]] 상태에서 가열함으로써 생성된다.      

== 화합물 ==
이터븀의 화학적 성질은 나머지 [[란타넘족]] 원소들과 비슷하다. 이터븀은 화합물 내에서 대부분 +3의 [[산화수]]를 가지며 3가의 이터븀 이온을 포함한 [[염]]은 대부분 흰색이다.(뚜렷한 색깔을 나타내지 않는다) [[유로퓸]], [[사마륨]], [[툴륨]]과 같게, 이터븀의 삼할로젠화물(YbX<sub>3</sub> 형태로 나타나는)은 [[수소]]나 [[아연]] 가루, 이터븀 [[금속]]에 의해 이할로젠화물(YbX<sub>2</sub> 형태로 나타나는)로 [[환원]]될 수 있다. 이터븀은 [[고체]] 화합물 내에서만 +2의 산화수를 가지며 이런 화합물은 [[알칼리 토금속]] 화합물과 비슷한 양상을 보인다. 예를 들어 YbO, 산화이터븀(II)은 [[산화 칼슘|산화칼슘]](CaO) 와 같은 구조를 보인다.   

=== 할로젠화물 ===
이터븀은 할로젠 원소인 [[플루오린]](F), [[염소 (원소)|염소]](Cl), [[브로민]](Br), [[아이오딘]](I)과 삼할로젠화물, 이할로젠화물을 생성할 수 있으며 이할로젠화물은 상온에서 삼할로젠화물로 산화되거나 고온에서 삼할로젠화물과 이터븀 금속으로 분해될 수 있다.   
[[파일:Kristallstruktur_Lanthanoid-C-Typ.png|대체글=산화이터븀(III)의 결정 구조|왼쪽|섬네일|250x250픽셀|Yb<sub>2</sub>O<sub>3,</sub> 산화이터븀(III)의 결정 구조]]
3 YbX<sub>2</sub> → 2 YbX<sub>3</sub> + Yb (X = F, Cl, Br, I)   

일부 이터븀 할로젠화물은 [[유기 합성|유기합성]](organic synthesis) 분야에서 [[시약]](reagent)으로 사용된다. 예를 들어 염화 이터븀(III) 즉 YbCl<sub>3</sub>는 [[루이스 산]]으로 알돌 반응(탄소-탄소 결합을 만드는 반응), [[딜스-알더 반응]]에 촉매로 사용된다. 그리고 아이오딘화 이터븀(II) YbI<sub>2</sub>는 염화 사마륨(II)처럼 두 객체를 촉매를 사용하여 결합시키는 [[유기화학]] 반응인 coupling reaction에서 환원제로 사용된다. 플루오린화 이터븀(III)은 반응성이 낮고 독성이 없는 [[치아 수복]]에 사용되는데, 이는 지속적으로 플루오린화 이온을 내놓아 치아 건강에 도움이 된다.   

=== 산화물 ===
이터븀은 [[산소]]와 반응해 '희토류 C형 2,3 산화물(Rare-earth C-type sesquioxide)'이라는 결정 구조를 가지는 산화이터븀(III) Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>을 만드는데, 이의 [[결정 구조]]는 [[형석]]의 결정 구조와 연관이 있다. Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>는 [[원소 (화학)|원소]] 상태의 이터븀에 의해 YbO, 즉 산화이터븀(II)로 환원될 수 있다.    

산화이터븀(II)은 [[염화 소듐]](NaCl), 즉 소금과 같은 형태로 결정화된다.          



== 용도 ==

=== 감마선원 ===
32일의 [[반감기]]를 가지는 <sup>169</sup>Yb는 [[감마선]]을 방출하기 때문에 방사선 촬영에 사용된다. 이 방사성 동위원소는 <sup>175</sup>Yb와 함께 원자로에서 이터븀에 중성자가 흡수될 때 생성된다. X선처럼 감마선은 부드러운 조직은 통과하지만 뼈와 밀도가 높은 물체에 가로막히는 성질이 있다. 그래서 조그만 <sup>169</sup>Yb의 샘플은 작은 X선 촬영장치와 같아서 작은 물질을 방사선 촬영하는 데 쓰일 수 있다. 여러 실험 결과는 이 [[동위 원소|동위원소]]로 찍은 방사선 촬영 사진이 250~350 [[KeV|kev]]의 에너지를 가지는 [[X선]] 사진과 거의 맞먹는다는 것을 보여준다. <sup>169</sup>Yb은 [[핵의학]]에도 활용된다.

=== 스테인리스 강 도핑 재료 ===
이터븀은 [[스테인리스강|스테인리스 강]]의 강도, 결정립 미세화, 그리고 다른 공학적인 성질을 높이는 데 쓰인다. 몇몇 이터븀 [[합금]]은 [[치과의학]]에서 사용되기도 한다.

=== 레이저 분야 ===
Yb<sup>3+</sup> [[이온]]은 레이저 분야에서 도핑재료로 쓰인다. 특히 [[고체 레이저]], 이중 클래드 광섬유 레이저(Double clad optical fiber) 같은 종류의 레이저에서 사용된다. 이터븀 레이저는 고효율이고 수명이 길며 짧은 펄스광을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 이터븀은 레이저 재료에 많이 포함된다. 이터븀 레이저는 일반적으로 1.06 - 1.12 [[마이크로미터]]의 선에서 파장 900 [[나노미터|nm]]~1 마이크로미터의 빛을 발생시킨다. (광섬유 레이저의 도핑 재료로 사용된다.)

=== 정확도 높은 원자 시계 ===
이터븀 광시계는 가장 높은 안정성을 가지는 시계로 오차가 2 × 10<sup>-18</sup>밖에 나지 않는다고 알려져 있다. 미국 국립 표준기술 연구소(NIST)가 개발한 이터븀 광시계는 10 마이크로켈빈까지 냉각시킨 이터븀 원자 10,000개를 [[레이저]]광으로 만든 광격자(optical lattice, 레이저광으로 만든의 연속)안에 가둔 뒤에 이터븀 [[원자]]의 두 [[에너지 준위]] 사이의 전이를 유발하는, 1[[초 (시간)|초]]에 518조 번 '째깍거리는' 또 다른 레이저를 쏘는 방식으로 작동된다. 이터븀의 높은 [[원자 번호|원자번호]]는 시계의 높은 안정성의 열쇠이다. 

세슘 원자시계의 경우에 쓰이는 [[마이크로파]]보다 [[가시광선]]이 더 높은 [[진동수]]를 가지므로 광시계는 세슘 원자시계보다 더 높은 정확도를 가질 수 있다. 이터븀 광시계는 미래에 더 정밀한 시간표준이 될 수 있는 가능성이 있다. 

=== 기타 용도 ===
이터븀은 압력을 받으면 전기 저항이 커지는 성질이 있는데, 이런 성질을 이용해서 지하에서 발생한 지진이나 폭발을 감지할 수 있다. (지진 감시 장치 등에 이용된다.)

== 주의할 점 ==
이터븀은 [[알칼리 금속]] 원소들처럼 반응성이 그렇게 높지는 않으나 공기와 수분과 접촉하지 않게 [[질소]]처럼 비활성적인 기체가 들어있는 밀봉된 용기 안에 보관한다. 몇몇 이터븀 [[화합물]]이 인간의 눈과 피부에 자극을 줄 수 있어서다. 분말 상태로는 자발적으로 발화할 수 있다. 대부분 금속 관련된 화재처럼 이를 진화할 때 물을 사용하지 말고 금속 화재 전용 [[소화기]]를 사용해야 한다.

== 외부 링크 ==
{{위키공용과 분류|Ytterbium}}
* {{네이버캐스트|18989}}
* {{언어링크|en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Yb/index.html 이터븀 - WebElements.com]
* {{언어링크|en}} [http://education.jlab.org/itselemental/ele070.html 이터븀 - It's Elemental]

{{원소 주기율표}}

{{전거 통제}}

[[분류:이터븀| ]]
[[분류:란타넘족]]
[[분류:화학 원소]]