Yttrium (Y): aplikace, preventivní opatření, historie

THE yttrium, symbol Y a protonové číslo 39, je kov stříbrné barvy, který se nachází ve skupině 3 periodické tabulky, těsně pod skandium, symbol Sc. Chemicky je však yttrium velmi podobné lanthanu a dalším lanthanoidům a je považováno za člena skupiny kovů vzácných zemin.

Tento kov byl široce používán při výrobě starých televizních obrazovek a také modernějších modelů LCD, protože tento prvek pomáhá při generování základních barev. Má také relevantní průmyslové aplikace, jako je výroba katalyzátorů, laserů, keramiky a supravodičů, což jsou materiály bez elektrický odpor.

Viz také: Zlato — chemický prvek s vynikající elektrickou vodivostí

shrnutí o ytriu

• Yttrium je stříbřitý kov nacházející se ve skupině 3 Periodická tabulka
• Přestože yttrium není v bloku f, je považováno za kov vzácných zemin.
• Jeho hlavními minerálními zdroji jsou:
  • monazit;
  • bastnasit;
  • xenothymie;
  • gadolinitu.
• Pro své luminiscenční vlastnosti je široce používán v oblasti elektroniky.
• Používá se také při výrobě laserů.
• Sloučeniny yttria mohou být použity jako supravodiče, což umožnilo pokrok v technice magnetické levitace.
• Yttrium bylo objeveno ve švédské vesnici Ytterby, na místě nálezu několika kovy vzácných zemin periodické tabulky.

Vlastnosti yttria

• Symbol: Y.
• Protonové číslo: 39.
• Atomová hmotnost: 88 906 c.u.
• Elektronegativita: 1,2.
• Fúzní bod: 1530 °C.
• Bod varu: 3264 °C.
• Hustota: 4,5 g.cm^-3 (při 20 °C).
• Elektronická konfigurace: [Kr] 5 s² 4d¹.
• Chemická řada: skupina 3; přechodné kovy; kovů vzácných zemin.

vlastnosti yttria

Yttrium je kov stříbrné barvy a lesklý. považovány za stabilní při kontaktu se vzduchem, protože tenká vrstva kysličník se tvoří na jeho povrchu, čímž se zabrání napadení kovové látky pod ním. Tato vrstva však nakonec snižuje lesk kovu.

Yttrium ve své kovové podobě.

Pokud jde o reaktivitu, yttrium může reagovat:

• s halogeny, pokojová teplota;
• s plynným kyslíkem as většinou nekovy, pod topením:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂THE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃s X = F, Cl, Br a I

Kromě toho yttrium také pomalu reaguje se studenou vodou a rozpouští se v kyseliny zředěný, uvolňuje plyn vodík.

Popsaná a známá chemie pro yttrium je podobná lanthanu a dalším lanthanoidům. má oxidační stav rovný +3, kdy tento prvek ztratí své tři valenční elektrony (4s² a 5d¹).

Přečtěte si také: Baryum – kov alkalických zemin známý svou toxicitou

Kde lze yttrium nalézt?

yttrium se může vyskytovat v mnoha minerálech současně s jinými kovy vzácných zemin. Jedním z těchto minerálů je monazit, fosfát, který může obsahovat kromě samotného yttria i několik těchto prvků, jako např.

• cer (Ce);
• lanthan (La);
• neodym (Nd);
• praseodym (Pr);
• thorium (Th).

Monazit je jednou z rud, které mohou být zdrojem yttria.

Další možné minerály yttria jsou:

• bastnasit (fluorovaný uhlovodík vzácných zemin);
• xenothymie (ortofosfát yttrium, také známý jako xenothym nebo xenothymium);
• gadolinit (křemičitan vzácných zemin, také známý jako ytterbit).

Bastnasit, minerál, který obsahuje několik vzácných zemin, včetně yttria.

Složení je různé, ale předpokládá se, že ruda bohatá na yttrium má asi 1 % hm. živel.

Lze jej získat několika způsoby. Klasická metodika Získávání zahrnuje kyselé nebo zásadité louhování (promývání), která generuje roztoky yttria pomocí:

• kyselina chlorovodíková;
• kyselina sírová;
• hydroxid sodný.

Vyluhování však není tak selektivní, protože vytváří roztok se všemi vzácnými zeminami minerálu. Proto byly po druhé světové válce vytvořeny rafinovanější techniky separace prostřednictvím iontové výměny, například, který poskytl chybějící selektivitu, což umožnilo oddělit různé kovy přítomné v minerály.

Chcete-li získat yttrium v ​​čisté (kovové) formě, YF sloučeniny by měly být sníženy₃ nebo YCl₃, se kterým by mělo být hotovo vápník nebo draslík, resp.

Aplikace yttria

Yttrium má velmi důležité aplikace v oblasti elektroniky. Jako mnoho vzácných zemin, sloučeniny yttria, jako je Y₂THE₃mají luminiscenční vlastnosti (vydávají světlo na podnět, jako je a ionizující radiace), také známé jako fosfory. Yttrium fosfory byly aplikované na televizní trubice barvy pro vytvoření primárních barev zelená, modrá a červená.

Tyto sloučeniny lze použít v jiných materiálech, než jsou televizory. Je možné je použít při výrobě optická vlákna, zářivky, LED diody, barvy, laky, počítačové obrazovky atd.

Díky svým luminiscenčním vlastnostem lze použít i yttrium výroba laserů, jako v případě laseru Nd: YAG, jehož zkratka znamená yttrium granát (třída minerálů) a hliník, vzorce Y₃Al₅THE₁₂, dopovaný neodymem (Nd).

Stojí za to připomenout, že laser je typ charakteristické, monochromatické emise světla, to znamená s délkou mávat charakteristický. V případě Nd: YAG neodym, který je ve formě Nd iontu³⁺, je zodpovědný za vyzařování světla laser, zatímco YAG krystaly jsou zodpovědné za to, že jsou pevnou matricí.

Tento vysoce výkonný laser lze použít:

• v chirurgických zákrocích v lékařství a stomatologii;
• v digitální komunikaci;
• při měření teploty a vzdálenosti;
• v průmyslových řezacích strojích;
• v mikrosvarech;
• v experimentech v oblasti fotochemie.

Dermatologický zákrok pomocí laseru. [1]

Běžné uplatnění v medicíně je v oblasti oftalmologie, kde se laser uplatňuje při léčbě odchlípení sítnice a pro korekci krátkozrakosti. V dermatologii se používá k exfoliaci pokožky.

Yttrium je také používané v supravodičích. To proto, že v roce 1987 američtí fyzici objevili supravodivé vlastnosti sloučeniny yttria, Y_1,2ba_0,8CuO₄, obvykle nazývané YBCO. Vy supravodiče jsou materiály schopné vodivosti elektřina bez odporu, při velmi nízké teplotě, známé jako kritická teplota.

Ukázka magnetické levitace se supravodičem.

V případě YBCO je kritická (supravodivá) teplota 93 K (-180 °C), nad teplotou varu dusík kapalina, což je 77 K (-196 °C). To značně usnadnilo jeho použití, protože předchozí supravodiče, jako je lanthan (La₂CuO₃), měl kritickou teplotu v rozmezí 35 K (-238 °C), což vyžadovalo chlazení kapalným héliem, které je dražší než dusík.

Supravodiče jsou jádrem magnetického (nebo kvantového) levitačního efektu, při kterém a magnetické pole (magnet) umožňuje levitaci supravodiče, vysvětlenou Meissnerovým efektem. Taková technologie byla zkoumána pro výrobu vlaků Maglev, které plují po kolejích.

Vlak Maglev v Šanghaji, Čína. [2]

Yttrium má i další aplikace, jako např produkce katalyzátory a keramiky. Yttriová keramika se používá jako brusivo a žáruvzdorné materiály (odolné vysokým teplotám) pro výrobu:

• senzory kyslík v autech;
• ochranné vrstvy proudových motorů;
• řezné nástroje odolné proti korozi a opotřebení.

Vědět více:Elektromagnetismus — studium elektřiny, magnetismu a jejich vztahů

opatření s ytriem

Přestože se nejedná o toxický nebo karcinogenní materiál, vdechování, požití nebo dotyk yttria může způsobit podráždění a poškození do plic. V práškové formě se yttrium může vznítit. Největší obavy jsou v souvislosti s ytriovými lasery, protože jejich velká síla může být škodlivá pro oči.

historie yttria

Název yttrium pochází z Ytterby, švédské vesnice, která obsahuje důl, kde byly objeveny čtyři kovy vzácných zemin:

• yttrium;
• ytterbium;
• erbium;
• ytterbium.

Vědecká historie této vesnice začíná v roce 1789, kdy Carl Axel Arrhenius si všiml kusu černé skály přes skálu. Arrhenius byl mladý poručík ve švédské armádě a velmi si vážil minerálů. Původně se předpokládalo jako wolfram, černá skála byla poslána Johanu Gadolinovi, příteli Arrhenia, profesora chemie na Královské akademii v Turku ve Finsku.

Gadolin si uvědomil, že černá hornina z minerálu ytterbit (později přejmenovaného na gadolinit, na jeho počest), obsahoval oxid nových prvků vzácné země. Švédský chemik Anders Gustaf Ekeberg potvrdil Gadolinův objev a nazval jej oxid yttria.

Následně se poprvé prvek yttria byl izolován, i když smíchaný s jinými prvky, v roce 1828 Friedrichem Wöhlerem, který prošel plynem chlór minerálem gadolinitem a vzniklým chloridem yttritým (YCl₃) bezvodý, který byl dále redukován na kovové yttrium pomocí draslíku.

Nakonec bylo zjištěno, že černá skála objevená Arrhenius obsahuje oxidy osmi kovů vzácných zemin:

• erbium;
• terbium;
• ytterbium;
• scandium;
• thulium;
• holmium;
• dysprosium;
• lutecium.

Vyřešená cvičení na ytrium

Otázka 1

(Unaerp-SP) Fenomén supravodivosti elektřiny, objevený v roce 1911, byl opět předmětem pozornosti vědeckého světa. zjištění Bendnoze a Müllera, že keramické materiály mohou vykazovat tento typ chování, získaly Nobelovu cenu pro tyto dva fyziků v roce 1987. Jedním z nejdůležitějších chemických prvků ve složení supravodivé keramiky je yttrium:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²4d¹

Počet obalů a počet elektronů s největší energií pro yttrium bude:

A) 4 a 1

B) 5 a 1

C) 4 a 2

D) 5 a 3

E) 4 a 3

Rozlišení:

Alternativa B

THE valenční vrstva yttria je pátá slupka, která má pouze 2 elektrony v 5s podslupce². Lze tedy usoudit, že yttrium má 5 vrstev. Nejenergičtější podúroveň je poslední, která je umístěna do elektronická distribuce, protože se jedná o rostoucí distribuci energie. Nejúčinnější podúroveň je tedy 4d¹který má pouze 1 elektron.

otázka 2

Oxid yttrium, Y₂THE₃, je sloučenina používaná k výrobě supravodivé keramiky, jako je YBCO, která obsahuje yttrium, baryum, měď a kyslík. Při tvorbě supravodiče si yttrium zachovává stejné oxidační číslo, jaké má oxid yttrium. Toto oxidační číslo se rovná:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Rozlišení:

Alternativa C

Stejně jako má kyslík v oxidech, oxidační číslo (náboj, který iont získá při provádění iontové vazby) rovný -2, výpočet oxidačního čísla yttria lze provést následovně:

2x + 3 (-2) = 0

Kde x je vypočítané oxidační číslo yttria, rovnice musí být nastaven na nulu, protože oxid je elektricky neutrální, nejedná se o a ion.

Správné výpočty:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Máme, že hodnota x je rovna +3.

obrazový kredit

[1] myšlenky na radost / shutterstock

[2] ChameleonsEye / shutterstock

Autor: Stefano Araújo Novais
Učitel chemie