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Ytterbium wurde 1878 vom Schweizer Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac entdeckt. Er untersuchte Gadolinit genauer und versuchte durch Zersetzung von Nitraten in heißem Wasser das unlösliche Erbium von den anderen Mineralbestandteilen abzutrennen. Dabei entdeckte er, dass die erhaltenen Kristalle nicht einheitlich aus rotem Erbiumnitrat bestanden, sondern weitere farblose Kristalle zurückblieben. Das gemessene Absorptionsspektrum zeigte, dass es sich um Kristalle eines bislang unbekannten Elements handeln muss. Dieses nannte er nach dem Fundort des Gadolinites in Ytterby (Schweden) sowie wegen der Ähnlichkeit zum Yttrium Ytterbium. Eine Trennung der beiden Elemente gelang in einem anderen Experiment durch die Zugabe von hyposchwefliger Säure zu einer Lösung der Chloride.

1907 erkannten unabhängig voneinander der Franzose Georges Urbain, der Österreicher Carl Auer von Welsbach und der Amerikaner Charles James, dass das von Marignac gefundene Ytterbium kein Reinelement ist, sondern ein Gemisch zweier Elemente darstellt. Sie konnten dieses Gemisch in das nun reine Ytterbium und in Lutetium trennen. Dabei nannte Carl Auer von Welsbach die Elemente Aldebaranium (nach dem Stern Aldebaran) und Cassiopeium, während Urbain Neoytterbium und Lutetium als Namen festlegte. 1909 wurde vom internationalen Atomgewichts-Ausschuss, bestehend aus Frank Wigglesworth Clarke, Wilhelm Ostwald, Thomas Edward Thorpe und Georges Urbain, bestimmt, dass Urbain die Entdeckung des Lutetiums zusteht und damit auch die von ihm bestimmten Namen Bestand haben. Es wurde jedoch für das Ytterbium der alte Name Marignacs beibehalten.

Elementares Ytterbium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Ytterbium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.

 
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