Yttrium (Y): anvendelser, forholdsregler, historie

DET yttrium, symbol Y og Atom nummer 39, er et sølvfarvet metal placeret i gruppe 3 i det periodiske system, lige under skandium, symbol Sc. Men kemisk er yttrium meget lig lanthan og andre lanthanider, idet de betragtes som et medlem af gruppen af ​​sjældne jordarters metaller.

Dette metal blev meget brugt til fremstilling af gamle tv-skærme og også af mere moderne LCD-modeller, da dette element hjælper med at generere primærfarver. Det har også relevante industrielle anvendelser, såsom til fremstilling af katalysatorer, lasere, keramik og superledere, som er materialer uden elektrisk modstand.

Se også: Guld — kemisk grundstof med fremragende elektrisk ledningsevne

resumé om yttrium

• Yttrium er et sølvfarvet metal placeret i gruppe 3 af Periodiske system
• På trods af at det ikke er i f-blokken, betragtes yttrium som et sjældent jordmetal.
• Dens vigtigste mineralkilder er:
  • monazitten;
  • bastnasite;
  • xenothymia;
  • gadolinitten.
• Det er meget udbredt inden for elektronik på grund af dets selvlysende egenskaber.
• Det bruges også til fremstilling af lasere.
• Yttriumforbindelser kan bruges som superledere, hvilket gjorde det muligt at fremme den magnetiske levitationsteknik.
• Yttrium blev opdaget i den svenske landsby Ytterby, stedet for opdagelsen af ​​flere metaller sjældne jordarter i det periodiske system.

Stop ikke nu... Der er mere efter annoncen ;)

Yttrium egenskaber

• Symbol: Y.
• Atom nummer: 39.
• Atommasse: 88.906 c.u.
• Elektronegativitet: 1,2.
• Fusionspunkt: 1530°C.
• Kogepunkt: 3264°C.
• Massefylde: 4,5 g.cm^-3 (ved 20°C).
• Elektronisk konfiguration: [Kr] 5s² 4d¹.
• Kemisk serie: gruppe 3; overgangsmetaller; sjældne jordarters metaller.

egenskaber ved yttrium

Yttrium er et sølvfarvet og skinnende metal. anses for at være stabil i kontakt med luft, da et tyndt lag af oxid dannes på dens overflade, hvilket forhindrer angrebet af det metalliske stof under det. Dette lag ender dog med at mindske metallets glans.

Yttrium i sin metalliske form.

Hvad angår reaktivitet, kan yttrium reagere:

• med halogenerved stuetemperatur;
• med iltgas og med de fleste ikke-metaller, under opvarmning:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂DET₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃med X = F, Cl, Br og I

Derudover reagerer yttrium også langsomt med koldt vand og opløses i syrer fortyndet, frigiver gas brint.

Da den ligner lanthan og andre lanthanider, er den beskrevne og kendte kemi for yttrium en, hvor den har en oxidationstilstand lig med +3, når dette grundstof mister sine tre valenselektroner (4s² og 5d¹).

Læs også: Barium - jordalkalimetal kendt for sin toksicitet

Hvor kan man finde yttrium?

yttrium kan forekomme i mange mineraler samtidig med andre sjældne jordarters metaller. Et af disse mineraler er monazit, et fosfat, der ud over yttrium selv kan indeholde flere af disse grundstoffer, såsom:

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

Monazit er en af ​​de malme, der kan være en kilde til yttrium.

Andre mulige yttriummineraler er:

• bastnasit (en sjælden jordart fluorcarbon);
• xenothymia (et yttriumorthophosphat, også kendt som xenothym eller xenothymium);
• gadolinit (et sjældent jordarters silikat, også kendt som ytterbit).

Bastnasite, et mineral, der indeholder flere sjældne jordarter, herunder yttrium.

Sammensætningen er varieret, men en malm rig på yttrium antages at have omkring 1 vægtprocent af element.

Det kan fås på flere måder. Den klassiske metode til Indhentning involverer syre eller basisk udvaskning (vask), som genererer yttriumopløsninger ved hjælp af:

• saltsyre;
• svovlsyre;
• natriumhydroxid.

Udvaskningen er dog ikke så selektiv, da den skaber en løsning med alle mineralets sjældne jordarter. Derfor blev der efter Anden Verdenskrig lavet mere raffinerede teknikker til adskillelse gennem ionbytning, for eksempel, hvilket gav den selektivitet, der manglede, hvilket gjorde det muligt at adskille de forskellige metaller, der er til stede i mineraler.

For at opnå yttrium i sin rene (metalliske) form, YF-forbindelser bør reduceres₃ eller YCl₃, som skal gøres med calcium eller kalium, henholdsvis.

Yttrium applikationer

Yttrium har applikationer af stor betydning inden for elektronik. Som mange sjældne jordarters, yttriumforbindelser såsom Y₂DET₃, har selvlysende egenskaber (udsender lys ved en stimulus, såsom en ioniserende stråling), også kendt som fosfor. Yttriumfosfor var anvendes på fjernsynsrør farver for at frembringe primærfarverne grøn, blå og rød.

Disse forbindelser kan bruges i andre materialer end fjernsyn. Det er muligt at bruge dem til fremstilling af optiske fibre, fluorescerende lamper, LED'er, maling, lak, computerskærme etc.

På grund af dets selvlysende egenskaber kan yttrium også bruges i fremstilling af lasere, som i tilfældet med Nd: YAG laseren, hvis akronym står for yttrium granat (en mineralklasse) og aluminium, med formel Y₃Al₅DET₁₂, dopet med neodym (Nd).

Det er værd at huske på, at laser er en type karakteristisk, monokromatisk lysemission, det vil sige med en længde på bølge bestemt. I tilfælde af Nd: YAG, neodym, der er i form af Nd-ion³⁺, er ansvarlig for udsendelse af lys laser, mens YAG-krystallerne er ansvarlige for at være den faste matrix.

Denne højeffektlaser kan bruges:

• i kirurgiske procedurer inden for medicin og tandpleje;
• i digital kommunikation;
• ved måling af temperatur og afstand;
• i industrielle skæremaskiner;
• i mikrosvejsninger;
• i eksperimenter inden for fotokemi.

Dermatologisk procedure ved hjælp af laser. [1]

En almindelig anvendelse i medicin er inden for oftalmologi, hvor laseren anvendes til behandling af nethindeløsning og til korrektion af nærsynethed. I dermatologi bruges det til at eksfoliere huden.

Yttrium er også bruges i superledere. Det skyldes, at amerikanske fysikere i 1987 opdagede de superledende egenskaber af en yttriumforbindelse, Y_1,2ba_0,8CuO₄, normalt kaldet YBCO. Du superledere er materialer, der er i stand til at lede elektricitet uden modstand, ved en meget lav temperatur, kendt som den kritiske temperatur.

Demonstration af magnetisk levitation med en superleder.

I tilfældet med YBCO er den kritiske (superledende) temperatur 93 K (-180 °C), over kogetemperaturen på nitrogen væske, som er 77 K (-196 °C). Dette lettede i høj grad dets brug, da tidligere superledere, såsom lanthan (La₂CuO₃), havde en kritisk temperatur i området 35 K (-238 °C), hvilket krævede afkøling med flydende helium, som er dyrere end nitrogen.

Superledere er kernen i den magnetiske (eller kvante) levitationseffekt, hvor en magnetfelt (magnet) tillader levitation af superlederen, forklaret med Meissner-effekten. Sådan teknologi blev udforsket til produktion af Maglev-tog, som flyder på skinnerne.

Maglev-tog i Shanghai, Kina. [2]

Yttrium har også andre applikationer, som f.eks produktion af katalysatorer og keramik. Yttriumkeramik bruges som slibemidler og ildfaste materialer (modstandsdygtig over for høje temperaturer) til fremstilling af:

• sensorer af ilt i biler;
• beskyttende lag af jetmotorer;
• skæreinstrumenter med korrosions- og slidstyrke.

Få mere at vide:Elektromagnetisme - undersøgelse af elektricitet, magnetisme og deres relationer

forholdsregler med yttrium

Selvom det ikke er et giftigt eller kræftfremkaldende materiale, indånding, indtagelse eller berøring af yttrium kan forårsage irritation og skade til lungerne. I pulverform kan yttrium antændes. Den største bekymring er i forhold til yttriumlasere, da deres store kraft kan være skadelige for øjnene.

historie om yttrium

Navnet yttrium stammer fra Ytterby, en svensk landsby, der indeholder en mine, hvor fire sjældne jordarters metaller blev opdaget:

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

Landsbyens videnskabelige historie begynder i 1789, da Carl Axel Arrhenius bemærkede et stykke sort sten over en sten. Arrhenius var en ung løjtnant i den svenske hær og havde en stor påskønnelse for mineraler. Oprindeligt antaget som wolfram, blev den sorte sten sendt til Johan Gadolin, en ven af ​​Arrhenius, professor i kemi ved Royal Academy i Turku, Finland.

Gadolin indså, at den sorte sten, fra mineralet ytterbit (senere omdøbt til gadolinit, til hans ære), indeholdt et oxid af nye grundstoffer sjældne Lande. Den svenske kemiker Anders Gustaf Ekeberg bekræftede Gadolins opdagelse og kaldte den yttriaoxid.

Efterfølgende, for første gang yttrium-elementet blev isoleret, skønt blandet med andre elementer, i 1828, af Friedrich Wöhler, der passerede gas klor af mineralet gadolinit og dermed dannet yttriumchlorid (YCl₃) vandfri, som blev yderligere reduceret til metallisk yttrium under anvendelse af kalium.

I sidste ende blev den sorte sten opdaget af Arrhenius fundet at indeholde oxider af otte sjældne jordarters metaller:

• erbium;
• terbium;
• ytterbium;
• skandium;
• thulium;
• holmium;
• dysprosium;
• lutetium.

Løste øvelser på yttrium

Spørgsmål 1

(Unaerp-SP) Fænomenet superledning af elektricitet, opdaget i 1911, var igen genstand for opmærksomhed fra den videnskabelige verden med fundet af Bendnoz og Müller, at keramiske materialer kan udvise denne type adfærd, hvilket giver en Nobelpris til disse to fysikere i 1987. Et af de vigtigste kemiske elementer i formuleringen af ​​superledende keramik er yttrium:

1s² 2s² 2 p⁶ 3s² 3 s⁶ 4s² 3d¹⁰ 4 p⁶ 5s²4d¹

Antallet af skaller og antallet af mest energiske elektroner for yttrium vil være henholdsvis:

A) 4 og 1

B) 5 og 1

C) 4 og 2

D) 5 og 3

E) 4 og 3

Løsning:

Alternativ B

DET valenslag af yttrium er den femte skal, der kun har 2 elektroner i 5s underskal². Det kan således konkluderes, at yttrium har 5 lag. Det mest energiske underniveau er det sidste, der placeres i elektronisk distribution, da dette er en stigende ordrefordeling af energi. Derfor er det mest energiske underniveau 4d¹, som kun har 1 elektron.

spørgsmål 2

Yttriumoxid, Y₂DET₃, er en forbindelse, der bruges til fremstilling af superledende keramik, såsom YBCO, som har yttrium, barium, kobber og oxygen. Ved dannelsen af ​​superlederen opretholder yttrium det samme oxidationstal, som det har i yttriumoxid. Dette oxidationstal er lig med:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Løsning:

Alternativ C

Som oxygen har i oxider, oxidationstal (den ladning, som ionen opnår, når den udfører ionbindingen) lig med -2, kan beregningen af ​​oxidationstallet for yttrium udføres som følger:

2x + 3 (-2) = 0

Hvor x er oxidationstallet for yttrium, der skal beregnes ligning skal sættes lig nul, fordi oxidet er elektrisk neutralt og ikke er a ion.

Gør beregningerne korrekt:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Vi har, at værdien af ​​x er lig med +3.

billedkredit

[1] tanker om glæde / skodder

[2] ChameleonsEye / skodder

Af Stefano Araújo Novais
Kemi lærer