الإيتريوم (Y): التطبيقات والاحتياطات والتاريخ

ال الإيتريوموالرمز Y و العدد الذري 39 ، هو معدن فضي اللون يقع في المجموعة 3 من الجدول الدوري ، أسفل سكانديوم، الرمز Sc. ومع ذلك ، من الناحية الكيميائية ، يتشابه الإيتريوم كثيرًا مع اللانثانم واللانثانيدات الأخرى ، حيث يُعتبر عضوًا في مجموعة المعادن الأرضية النادرة.

تم استخدام هذا المعدن على نطاق واسع في صناعة شاشات التليفزيون القديمة وأيضًا في طرز LCD الأكثر حداثة ، حيث يساعد هذا العنصر في توليد الألوان الأساسية. كما أن لديها تطبيقات صناعية ذات صلة ، مثل صناعة المحفزات والليزر والسيراميك والموصلات الفائقة ، وهي مواد لا تحتوي على المقاومة الكهربائية.

نرى أيضا: الذهب - عنصر كيميائي ذو قدرة توصيل كهربائية ممتازة

ملخص عن الإيتريوم

• الإيتريوم معدن فضي يقع في المجموعة 3 من الجدول الدوري
• على الرغم من عدم وجوده في الكتلة f ، إلا أن الإيتريوم يعتبر معدنًا أرضيًا نادرًا.
• مصادره المعدنية الرئيسية هي:
  • المونازيت
  • الباستنايت.
  • كآسي المزاج.
  • الجادولينيت.
• يستخدم على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات بسبب خصائصه الإنارة.
• كما أنها تستخدم في صناعة الليزر.
• يمكن استخدام مركبات الإيتريوم كموصلات فائقة ، مما سمح بتقدم تقنية الرفع المغناطيسي.
• تم اكتشاف الإيتريوم في قرية يتربي السويدية ، حيث تم اكتشاف العديد منها المعادن الأتربة النادرة من الجدول الدوري.

خصائص الإيتريوم

• رمز: ص.
• العدد الذري: 39.
• الكتلة الذرية: 88906 c.u.
• كهرسلبية: 1,2.
• نقطة الانصهار: 1530 درجة مئوية.
• نقطة الغليان: 3264 درجة مئوية.
• كثافة: 4.5 جرام سم^-3 (عند 20 درجة مئوية).
• التكوين الإلكترونية: [كر] 5s² 4 د¹.
• سلسلة كيميائية: المجموعة 3 معادن انتقالية؛ المعادن الأرضية النادرة.

خصائص الإيتريوم

الإيتريوم معدن فضي اللون ولامع. تعتبر مستقرة عند ملامستها للهواء، منذ طبقة رقيقة من أكسيد تتشكل على سطحه ، مما يمنع مهاجمة المادة المعدنية الموجودة تحته. ومع ذلك ، تنتهي هذه الطبقة بتقليل لمعان المعدن.

الإيتريوم في شكله المعدني.

بالنسبة للتفاعل ، يمكن أن يتفاعل الإيتريوم:

• مع الهالوجينات، في درجة حرارة الغرفة
• بغاز الأكسجين ومع معظم اللافلزات، تحت التسخين:
  • 4 ص + 3 س₂ → 2 ص₂ال₃
  • 2 ص + 3 س₂ → 2 ص₃، مع X = F و Cl و Br و I

بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل الإيتريوم أيضًا ببطء مع الماء البارد و يذوب في الأحماض مخفف، إطلاق الغاز هيدروجين.

كونها تشبه اللانثانم واللانثانيدات الأخرى ، فإن الكيمياء الموصوفة والمعروفة للإيتريوم هي التي يكون فيها لديه حالة أكسدة تساوي +3، عندما يفقد هذا العنصر إلكترونات التكافؤ الثلاثة (4s² و 5 د¹).

اقرأ أيضا: الباريوم - معدن قلوي أرضي معروف بسميته

أين يمكن العثور على الإيتريوم؟

الإيتريوم يمكن أن يحدث في العديد من المعادن بالتزامن مع المعادن الأرضية النادرة الأخرى. أحد هذه المعادن هو المونازيت ، وهو فوسفات قد يحتوي ، بالإضافة إلى الإيتريوم نفسه ، على العديد من هذه العناصر ، مثل:

• السيريوم (م) ؛
• اللانثانم (لا) ؛
• النيوديميوم (Nd) ؛
• براسيوديميوم (العلاقات العامة) ؛
• الثوريوم (ث).

المونازيت هو أحد الخامات التي يمكن أن تكون مصدرًا للإيتريوم.

معادن الإيتريوم المحتملة الأخرى هي:

• الباستنايت (فلوروكربون أرضي نادر) ؛
• xenothymia (إيتريوم أورثوفوسفات ، المعروف أيضًا باسم xenothym أو xenothymium) ؛
• الجادولينيت (سيليكات الأرض النادرة ، والمعروفة أيضًا باسم ytterbite).

باستناسيت ، معدن يحتوي على العديد من العناصر الأرضية النادرة ، بما في ذلك الإيتريوم.

تتنوع التركيبة ، ولكن يُفترض أن يحتوي الخام الغني بالإيتريوم على حوالي 1٪ من كتلة المادة جزء.

يمكن الحصول عليها بعدة طرق. المنهجية الكلاسيكية يشمل الحصول على الترشيح الحمضي أو الأساسي (الغسيل)، الذي يولد حلول الإيتريوم ، باستخدام:

• حامض الهيدروكلوريك;
• حامض الكبريتيك;
• هيدروكسيد الصوديوم.

ومع ذلك ، فإن النض ليس انتقائيًا لأنه يخلق حلاً لجميع العناصر الأرضية النادرة للمعادن. لذلك ، بعد الحرب العالمية الثانية ، تم إجراء تقنيات أكثر دقة للفصل ، من خلال التبادل الأيوني ، على سبيل المثال ، والتي وفرت الانتقائية التي كانت تفتقر ، مما جعل من الممكن فصل المعادن المختلفة الموجودة في المعادن.

للحصول على الإيتريوم في شكله النقي (المعدني) ، يجب تقليل مركبات YF₃ أو YCl₃، والتي يجب أن يتم التعامل معها الكالسيوم أو البوتاسيوم، على التوالى.

تطبيقات الإيتريوم

للإتريوم تطبيقات ذات أهمية كبيرة في مجال الإلكترونيات. مثل العديد من مركبات الإيتريوم الأرضية النادرة مثل Y₂ال₃، لها خصائص الإنارة (ينبعث منها الضوء على منبه ، مثل أ إشعاعات أيونية) ، المعروف أيضًا باسم الفوسفور. فوسفور الإيتريوم كانت تطبق على أنابيب التلفزيون الألوان لإنتاج الألوان الأساسية الأخضر والأزرق والأحمر.

يمكن استخدام هذه المركبات في مواد أخرى غير أجهزة التلفزيون. من الممكن استخدامها في تصنيع الألياف الضوئية ، مصابيح الفلورسنت ، المصابيح ، الدهانات ، الورنيش ، شاشات الكمبيوتر إلخ.

نظرًا لخصائصه الإنارة ، يمكن أيضًا استخدام الإيتريوم في تصنيع الليزر، كما في حالة ليزر Nd: YAG ، الذي يرمز اختصاره إلى yttrium garnet (فئة معدنية) و الألومنيوم، من الصيغة Y₃ال₅ال₁₂، مخدر مع نيوديميوم (Nd).

تجدر الإشارة إلى أن الليزر هو نوع من انبعاث الضوء أحادي اللون المميز ، أي بطول لوح محدد. في حالة Nd: YAG ، النيوديميوم ، على شكل Nd أيون³⁺، هو المسؤول عن انبعاث الضوء الليزر، في حين أن بلورات YAG مسؤولة عن كونها المصفوفة الصلبة.

يمكن استخدام هذا الليزر عالي الطاقة:

• في العمليات الجراحية للطب وطب الأسنان.
• في الاتصالات الرقمية.
• في قياس درجة الحرارة والمسافة ؛
• في آلات القطع الصناعية
• في الحقول الصغيرة
• في تجارب في مجال الكيمياء الضوئية.

إجراء طب الجلد باستخدام الليزر. [1]

من التطبيقات الشائعة في الطب مجال طب العيون ، حيث يتم تطبيق الليزر في علاج انفصال الشبكية وتصحيح قصر النظر. في الأمراض الجلدية ، يتم استخدامه لتقشير الجلد.

الإيتريوم هو أيضا المستخدمة في الموصلات الفائقة. هذا لأنه في عام 1987 ، اكتشف الفيزيائيون الأمريكيون خصائص التوصيل الفائق لمركب الإيتريوم ، Y_1,2با_0,8CuO₄، وعادة ما تسمى YBCO. أنت الموصلات الفائقة هي مواد قادرة على إجراء كهرباء بدون مقاومة ، عند درجة حرارة منخفضة جدًا ، تُعرف باسم درجة الحرارة الحرجة.

مظاهرة رفع مغناطيسي مع موصل فائق.

في حالة YBCO ، تكون درجة الحرارة الحرجة (فائقة التوصيل) 93 كلفن (-180 درجة مئوية) ، فوق درجة حرارة الغليان. نتروجين سائل 77 كلفن (-196 درجة مئوية). سهّل هذا استخدامه إلى حد كبير ، منذ الموصلات الفائقة السابقة ، مثل اللانثانم (La₂CuO₃) ، لديها درجة حرارة حرجة في حدود 35 كلفن (-238 درجة مئوية) ، مما يتطلب التبريد بالهيليوم السائل ، وهو أغلى من النيتروجين.

تقع الموصلات الفائقة في قلب تأثير التحليق المغناطيسي (أو الكمي) ، حيث يكون أ حقل مغناطيسي (المغناطيس) يسمح برفع الموصل الفائق ، الذي يفسره تأثير مايسنر. تم استكشاف هذه التكنولوجيا لإنتاج قطارات Maglev ، التي تطفو على القضبان.

قطار ماجليف في شنغهاي ، الصين. [2]

يحتوي Yttrium أيضًا على تطبيقات أخرى ، مثل انتاج المحفزات والسيراميك. يستخدم سيراميك الإيتريوم كمواد كاشطة ومواد حرارية (مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة) لإنتاج:

• مجسات الأكسجين في السيارات
• طبقات واقية من المحركات النفاثة.
• أدوات القطع مع التآكل ومقاومة التآكل.

تعرف أكثر:الكهرومغناطيسية - دراسة الكهرباء والمغناطيسية وعلاقاتهما

الاحتياطات مع الإيتريوم

على الرغم من عدم كونها مادة سامة أو مسرطنة ، استنشاق أو تناول أو لمس الإيتريوم يمكن أن يسبب تهيجًا وتلفًا الى الرئتين. يمكن أن يشتعل الإيتريوم في شكل مسحوق. القلق الأكبر يتعلق بليزر الإيتريوم ، حيث أن قوتها العظيمة يمكن أن تكون ضارة بالعيون.

تاريخ الإيتريوم

اشتق اسم الإيتريوم من قرية يتربي السويدية التي تحتوي على منجم حيث تم اكتشاف أربعة معادن أرضية نادرة:

• الإيتريوم.
• الإيتربيوم.
• الإربيوم.
• الإيتربيوم.

بدأ التاريخ العلمي لهذه القرية عام 1789 ، عندما كان كارل أكسل لاحظ أرينيوس وجود قطعة من الصخور السوداء فوق صخرة. كان أرهينيوس ملازمًا شابًا في الجيش السويدي وكان له تقدير كبير للمعادن. يفترض في البداية باسم التنغستن، تم إرسال الصخرة السوداء إلى يوهان جادولين ، صديق أرهينيوس ، أستاذ الكيمياء في الأكاديمية الملكية في توركو ، فنلندا.

أدرك جادولين أن الصخرة السوداء ، من معدن اليتربيت (أعيدت تسميته فيما بعد بالجادولينيت ، تكريما له) ، يحتوي على أكسيد العناصر الجديدة أراضي نادرة. أكد الكيميائي السويدي أندرس جوستاف إيكبيرج اكتشاف جادولين ووصفه بأكسيد الإيتريا.

بعد ذلك ، ولأول مرة تم عزل عنصر الإيتريوم، على الرغم من خلطه مع عناصر أخرى ، في عام 1828 ، بواسطة فريدريك فولر ، الذي مرر الغاز الكلور بواسطة الجادولينيت المعدني وبالتالي يتكون كلوريد الإيتريوم (YCl₃) لا مائي ، والذي تم اختزاله إلى الإيتريوم المعدني باستخدام البوتاسيوم.

في النهاية ، وجد أن الصخرة السوداء التي اكتشفها أرهينيوس تحتوي على أكاسيد لثمانية معادن أرضية نادرة:

• الإربيوم.
• تيربيوم.
• الإيتربيوم.
• سكانديوم.
• الثوليوم.
• الهولميوم.
• الديسبروسيوم.
• اللوتيتيوم.

تمارين حلها على الإيتريوم

السؤال رقم 1

(Unaerp-SP) كانت ظاهرة التوصيل الفائق للكهرباء ، المكتشفة عام 1911 ، مرة أخرى موضع اهتمام العالم العلمي مع اكتشف Bendnoz و Müller أن المواد الخزفية يمكن أن تظهر هذا النوع من السلوك ، مما يمنح جائزة نوبل لهذين الاثنين. فيزيائيون عام 1987. يعتبر الإيتريوم من أهم العناصر الكيميائية في تركيب السيراميك فائق التوصيل:

1 ثانية² 2 ثانية² 2 ص⁶ 3 ثانية² 3 ص⁶ 4 ثانية² ثلاثي الأبعاد¹⁰ 4 ص⁶ 5 ثانية²4 د¹

سيكون عدد الأصداف وعدد الإلكترونات الأكثر نشاطًا للإيتريوم ، على التوالي:

أ) 4 و 1

ب) 5 و 1

ج) 4 و 2

د) 5 و 3

هـ) 4 و 3

الدقة:

البديل ب

ال طبقة التكافؤ من الإيتريوم هو الغلاف الخامس ، حيث يحتوي على إلكترونين فقط في الجزء الفرعي 5s². وبالتالي ، يمكن استنتاج أن الإيتريوم يحتوي على 5 طبقات. المستوى الفرعي الأكثر نشاطًا هو المستوى الأخير الذي يتم وضعه في التوزيع الإلكتروني، لأن هذا هو توزيع متزايد للطاقة. لذلك ، فإن المستوى الفرعي الأكثر نشاطًا هو 4d¹، الذي يحتوي على إلكترون واحد فقط.

السؤال 2

أكسيد الإيتريوم ، Y₂ال₃، هو مركب يستخدم في تصنيع السيراميك فائق التوصيل ، مثل YBCO ، الذي يحتوي على الإيتريوم والباريوم والنحاس والأكسجين. في تكوين الموصل الفائق ، يحتفظ الإيتريوم بنفس رقم الأكسدة الموجود في أكسيد الإيتريوم. عدد الأكسدة هذا يساوي:

أ) -3

ب) 0

ج) +3

د) -2

هـ) +2

الدقة:

البديل ج

كما يحتوي الأكسجين ، في الأكاسيد ، عدد التأكسد (الشحنة التي يكتسبها الأيون عند إجراء الرابطة الأيونية) تساوي -2 ، يمكن حساب عدد أكسدة الإيتريوم على النحو التالي:

2 س + 3 (-2) = 0

حيث x هو عدد أكسدة الإيتريوم المراد حسابه ، فإن معادلة يجب ضبطه على الصفر ، لأن الأكسيد متعادل كهربائيًا وليس a أيون.

القيام بالحسابات بشكل صحيح:

2 س + -6 = 0

2 س = 6

س = 3

لدينا أن قيمة x تساوي +3.

صورة الائتمان

[1] الأفكار / صراع الأسهم

[2] الحرباء / صراع الأسهم

بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء