Итрий (Y): приложения, предпазни мерки, история

THE итрий, символ Y и атомно число 39, е метал със сребрист цвят, разположен в група 3 на периодичната таблица, точно под скандий, символ Sc. Въпреки това, химически, итрият е много подобен на лантана и други лантаниди, като се счита за член на групата на редкоземните метали.

Този метал е бил широко използван при производството на стари телевизионни екрани, а също и на по-модерни LCD модели, тъй като този елемент помага при генерирането на основни цветове. Той също така има съответните промишлени приложения, като например в производството на катализатори, лазери, керамика и свръхпроводници, които са материали без електрическо съпротивление.

Вижте също: Злато — химичен елемент с отлична електропроводимост

обобщение за итрия

• Итрият е сребрист метал, намиращ се в група 3 на Периодичната таблица
• Въпреки че не е в блока f, итрият се счита за рядкоземен метал.
• Основните му минерални източници са:
  • монацитът;
  • бастназит;
  • ксенотимия;
  • гадолинита.
• Той е широко използван в областта на електрониката поради своите луминисцентни свойства.
• Използва се и при производството на лазери.
• Итриевите съединения могат да се използват като свръхпроводници, което позволи развитието на техниката на магнитна левитация.
• Итрият е открит в шведското село Итерби, където са открити няколко метали редки земни елементи от периодичната таблица.

Свойства на итрий

• символ: Й.
• Атомно число: 39.
• Атомна маса: 88 906 c.u.
• електроотрицателност: 1,2.
• Точка на сливане: 1530°С.
• Точка на кипене: 3264°С.
• Плътност: 4,5 g.cm^-3 (при 20°C).
• Електронна конфигурация: [Kr] 5s² 4г¹.
• Химическа серия: група 3; преходни метали; редкоземни метали.

характеристики на итрия

Итрият е сребрист и лъскав метал. счита се за стабилен при контакт с въздух, тъй като тънък слой от оксид образува върху повърхността му, предотвратявайки атаката на металното вещество под него. Този слой обаче в крайна сметка намалява блясъка на метала.

Итрий в неговата метална форма.

Що се отнася до реактивността, итрият може да реагира:

• с халогени, при стайна температура;
• с газ кислород и с повечето неметали, под нагряване:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 г₂THE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, с X = F, Cl, Br и I

В допълнение, итрият също реагира бавно със студена вода и разтваря се в киселини разреден, отделяйки газ водород.

Тъй като е подобен на лантана и други лантаноиди, описаната и известна химия за итрия е тази, в която той има степен на окисление равно на +3, когато този елемент загуби своите три валентни електрона (4s² и 5г¹).

Прочетете също: Барий - алкалоземен метал, известен със своята токсичност

Къде може да се намери итрий?

итрият може да се среща в много минерали едновременно с други редкоземни метали. Един от тези минерали е монацит, фосфат, който може да съдържа, в допълнение към самия итрий, няколко от тези елементи, като:

• церий (Се);
• лантан (La);
• неодим (Nd);
• празеодим (Pr);
• торий (Th).

Монацитът е една от рудите, които могат да бъдат източник на итрий.

Други възможни итриеви минерали са:

• бастназит (рядкоземен флуоровъглерод);
• ксенотимия (итриев ортофосфат, известен също като ксенотим или ксенотим);
• гадолинит (рядкоземен силикат, известен също като итербит).

Бастназит, минерал, който съдържа няколко редкоземни елементи, включително итрий.

Съставът е разнообразен, но се приема, че руда, богата на итрий, има около 1% от масата на елемент.

Може да се получи по няколко начина. Класическата методика на Получаването включва киселинно или основно излугване (измиване), който генерира разтвори на итрий, използвайки:

• солна киселина;
• сярна киселина;
• натриев хидроксид.

Излугването обаче не е толкова селективно, тъй като създава разтвор с всички редкоземни елементи на минерала. Следователно след Втората световна война са направени по-усъвършенствани техники за разделяне чрез йонообмен, например, което осигури селективността, която липсваше, правейки възможно отделянето на различните метали, присъстващи в минерали.

За да се получи итрий в неговата чиста (метална) форма, YF съединенията трябва да бъдат намалени₃ или YCl₃, което трябва да се направи с калций или калий, съответно.

Приложения за итрий

Итрият има приложения от голямо значение в областта на електрониката. Подобно на много редкоземни, итриеви съединения като Y₂THE₃, имат луминесцентни свойства (излъчват светлина върху стимул, като а йонизиращо лъчение), известен също като фосфор. Итриевите люминофори бяха прилага се към телевизионни тръби цветове за получаване на основните цветове зелено, синьо и червено.

Тези съединения могат да се използват в материали, различни от телевизори. Възможно е използването им при производството на оптични влакна, флуоресцентни лампи, светодиоди, бои, лакове, компютърни екрани и т.н.

Поради своите луминисцентни свойства, итрият може да се използва и в производство на лазери, както в случая с Nd: YAG лазера, чийто акроним означава итриев гранат (клас минерали) и алуминий, с формула Y₃Ал₅THE₁₂, легиран с неодим (Nd).

Струва си да се помни, че лазерът е вид характерно монохроматично светлинно излъчване, тоест с дължина от вълна специфични. В случай на Nd: YAG, неодимът е под формата на Nd йон³⁺, е отговорен за излъчването на светлина лазер, докато YAG кристалите са отговорни за твърдата матрица.

Този високомощен лазер може да се използва:

• при хирургични процедури в медицината и денталната медицина;
• в цифровите комуникации;
• при измерване на температура и разстояние;
• в индустриални машини за рязане;
• в микрозаварки;
• в експерименти в областта на фотохимията.

Дерматологична процедура с лазер. [1]

Често приложение в медицината е в областта на офталмологията, където лазерът се прилага при лечение на отлепване на ретината и за корекция на късогледство. В дерматологията се използва за ексфолиране на кожата.

Итрият също е използвани в свръхпроводниците. Това е така, защото през 1987 г. американски физици откриха свръхпроводящите свойства на итриево съединение Y_1,2б.а_0,8CuO₄, обикновено наричан YBCO. Вие свръхпроводници са материали, които могат да провеждат електричество без съпротивление, при много ниска температура, известна като критична температура.

Демонстрация на магнитна левитация със свръхпроводник.

В случай на YBCO, критичната (свръхпроводяща) температура е 93 K (-180 °C), над температурата на кипене на азот течност, която е 77 K (-196 °C). Това значително улесни използването му, тъй като предишни свръхпроводници, като лантан (La₂CuO₃), имаше критична температура в диапазона от 35 K (-238 °C), което изисква охлаждане с течен хелий, който е по-скъп от азота.

Свръхпроводниците са в основата на ефекта на магнитна (или квантова) левитация, при който а магнитно поле (магнит) позволява левитация на свръхпроводника, което се обяснява с ефекта на Майснер. Такава технология е проучена за производството на влакове Маглев, които плават по релсите.

Маглев влак в Шанхай, Китай. [2]

Итрият има и други приложения, като напр Производство на катализатори и керамика. Итриевата керамика се използва като абразиви и огнеупорни материали (устойчиви на високи температури) за производството на:

• сензори на кислород в автомобили;
• защитни слоеве на реактивни двигатели;
• режещи инструменти с устойчивост на корозия и износване.

Знам повече:Електромагнетизъм - изследване на електричеството, магнетизма и техните взаимоотношения

предпазни мерки с итрий

Въпреки че не е токсичен или канцерогенен материал, вдишването, поглъщането или докосването на итрий може да причини дразнене и увреждане към белите дробове. В прахообразна форма итрият може да се запали. Най-голямото притеснение е във връзка с итриевите лазери, тъй като тяхната голяма мощност може да бъде вредна за очите.

история на итрия

Името итрий произлиза от Итерби, шведско село, което съдържа мина, където са открити четири редкоземни метала:

• итрий;
• итербий;
• ербий;
• итербий.

Научната история на това село започва през 1789 г., когато Карл Аксел Арениъс забеляза парче черна скала над скала. Арениус беше млад лейтенант в шведската армия и много цени минералите. Първоначално се приема като волфрам, черната скала е изпратена на Йохан Гадолин, приятел на Арениус, професор по химия в Кралската академия в Турку, Финландия.

Гадолин разбра, че черната скала от минерала итербит (по-късно преименуван на гадолинит в негова чест), съдържаше оксид на нови елементи редки земи. Шведският химик Андерс Густав Екеберг потвърди откритието на Гадолин и го нарече итриев оксид.

Впоследствие за първи път на е изолиран итриев елемент, макар и смесен с други елементи, през 1828 г. от Фридрих Вьолер, който предава газ хлор от минерала гадолинит и така се образува итриев хлорид (YCl₃) безводен, който допълнително се редуцира до метален итрий с помощта на калий.

В крайна сметка откритата от Арениус черна скала съдържа оксиди на осем редкоземни метала:

• ербий;
• тербий;
• итербий;
• скандий;
• тулий;
• холмий;
• диспрозий;
• лутеций.

Решени упражнения върху итрий

Въпрос 1

(Unaerp-SP) Феноменът свръхпроводимост на електричеството, открит през 1911 г., отново е обект на внимание на научния свят с откриването на Бендноз и Мюлер, че керамичните материали могат да проявяват този тип поведение, спечелвайки Нобелова награда на тези двама физици през 1987 г. Един от най-важните химични елементи при формулирането на свръхпроводяща керамика е итрият:

1s² 2s² 2стр⁶ 3s² 3п⁶ 4s² 3г¹⁰ 4п⁶ 5s²4г¹

Броят на черупките и броят на най-енергичните електрони за итрия ще бъде съответно:

А) 4 и 1

Б) 5 и 1

В) 4 и 2

Г) 5 и 3

Д) 4 и 3

Резолюция:

Алтернатива Б

THE валентен слой от итрий е петата обвивка, имаща само 2 електрона в 5s подобвивка². По този начин може да се заключи, че итрият има 5 слоя. Най-енергийното подниво е последното, което се поставя в електронно разпределение, тъй като това е нарастващо разпределение на енергията. Следователно най-енергийното подниво е 4d¹, който има само 1 електрон.

въпрос 2

Итриев оксид, Y₂THE₃, е съединение, използвано за производството на свръхпроводяща керамика, като YBCO, която съдържа итрий, барий, мед и кислород. При образуването на свръхпроводника итрият поддържа същото окислително число, което има в итриевия оксид. Това окислително число е равно на:

А) -3

Б) 0

В) +3

Г) -2

Д) +2

Резолюция:

Алтернатива C

Тъй като кислородът има в оксидите, окислително число (зарядът, който йонът придобива при извършване на йонна връзка) равен на -2, изчислението на степента на окисление на итрия може да се извърши по следния начин:

2x + 3 (-2) = 0

Където x е степента на окисление на итрия, който трябва да се изчисли, уравнение трябва да се настрои на нула, тъй като оксидът е електрически неутрален, а не е a йон.

Извършване на изчисленията правилно:

2x + -6 = 0

2x = 6

х = 3

Имаме, че стойността на x е равна на +3.

кредит за изображение

[1] thinksofjoyce / затвор

[2] Хамелеонско око / затвор

От Стефано Араужо Новаис
Учител по химия