Yttrium (Y): Anwendungen, Vorsichtsmaßnahmen, Geschichte

DAS Yttrium, Symbol Y und Ordnungszahl 39, ist ein silberfarbenes Metall, das sich in Gruppe 3 des Periodensystems befindet, direkt unter dem Scandium, Symbol Sc. Chemisch ist Yttrium jedoch Lanthan und anderen Lanthanoiden sehr ähnlich, da es zur Gruppe der Seltenerdmetalle gezählt wird.

Dieses Metall wurde häufig bei der Herstellung alter Fernsehbildschirme und auch modernerer LCD-Modelle verwendet, da dieses Element bei der Erzeugung von Primärfarben hilft. Es hat auch relevante industrielle Anwendungen, wie z. B. bei der Herstellung von Katalysatoren, Lasern, Keramiken und Supraleitern, die Materialien ohne sind elektrischer Wiederstand.

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Zusammenfassung über Yttrium

• Yttrium ist ein silbriges Metall in Gruppe 3 der Periodensystem
• Obwohl Yttrium nicht im f-Block steht, gilt es als Seltenerdmetall.
• Seine wichtigsten Mineralquellen sind:
  • der Monazit;
  • Bastnasit;
  • Xenothymie;
  • der Gadolinit.
• Aufgrund seiner lumineszierenden Eigenschaften wird es in der Elektronik weit verbreitet verwendet.
• Es wird auch bei der Herstellung von Lasern verwendet.
• Yttriumverbindungen können als Supraleiter verwendet werden, was die Weiterentwicklung der Magnetschwebetechnik ermöglichte.
• Yttrium wurde im schwedischen Dorf Ytterby entdeckt, wo mehrere Funde stattfanden Metalle Seltene Erden des Periodensystems.

Yttrium-Eigenschaften

• Symbol: Y.
• Ordnungszahl: 39.
• Atommasse: 88.906 Kubikmeter
• Elektronegativität: 1,2.
• Schmelzpunkt: 1530 Grad.
• Siedepunkt: 3264°C.
• Dichte: 4,5 g.cm^-3 (bei 20 °C).
• Elektronische Konfiguration: [Kr] 5s² 4d¹.
• Chemische Reihe: Gruppe 3; Übergangsmetalle; Seltenerdmetalle.

Eigenschaften von Yttrium

Yttrium ist ein silberfarbenes und glänzendes Metall. gilt als stabil in Kontakt mit Luft, da eine dünne Schicht aus Oxid bildet sich auf seiner Oberfläche und verhindert den Angriff der darunter liegenden metallischen Substanz. Diese Schicht verringert jedoch den Glanz des Metalls.

Yttrium in seiner metallischen Form.

In Bezug auf die Reaktivität kann Yttrium reagieren:

• mit Halogene, bei Raumtemperatur;
• mit Sauerstoffgas und mit den meisten Nichtmetalle, unter Erwärmung:
  • 4 J + 3 O₂ → 2 Jahre₂DAS₃
  • 2 J + 3 X₂ → 2 YX₃, mit X = F, Cl, Br und I

Außerdem reagiert Yttrium auch langsam mit kaltem Wasser und löst sich auf Säuren verdünnt, Gas freisetzen Wasserstoff.

Da es Lanthan und anderen Lanthaniden ähnlich ist, ist die beschriebene und bekannte Chemie für Yttrium eine, in der es hat eine Oxidationsstufe von +3, wenn dieses Element seine drei Valenzelektronen verliert (4s² und 5d¹).

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Wo kommt Yttrium vor?

das Yttrium kann in vielen Mineralien vorkommen gleichzeitig mit anderen Seltenerdmetallen. Eines dieser Mineralien ist Monazit, ein Phosphat, das neben Yttrium selbst mehrere dieser Elemente enthalten kann, wie zum Beispiel:

• Cer (Ce);
• Lanthan (La);
• Neodym (Nd);
• Praseodym (Pr);
• Thorium (Th).

Monazit ist eines der Erze, die eine Quelle für Yttrium sein können.

Andere mögliche Yttriummineralien sind:

• Bastnasit (ein Seltenerd-Fluorkohlenstoff);
• Xenothymia (ein Yttriumorthophosphat, auch bekannt als Xenothym oder Xenothymium);
• Gadolinit (ein Seltenerdsilikat, auch bekannt als Ytterbit).

Bastnasit, ein Mineral, das mehrere seltene Erden enthält, darunter Yttrium.

Die Zusammensetzung ist unterschiedlich, aber es wird angenommen, dass ein Erz reich an Yttrium etwa 1 Masse-% davon enthält Element.

Es kann auf verschiedene Arten erhalten werden. Die klassische Methodik der Die Gewinnung erfolgt durch Säure- oder Basenlaugung (Waschen), das Yttriumlösungen erzeugt, unter Verwendung von:

• Salzsäure;
• Schwefelsäure;
• Natriumhydroxid.

Das Auslaugen ist jedoch nicht so selektiv, da es eine Lösung mit allen seltenen Erden des Minerals erzeugt. Daher wurden nach dem Zweiten Weltkrieg verfeinerte Techniken zur Trennung entwickelt, durch Ionenaustausch, zum Beispiel, das die fehlende Selektivität lieferte und es ermöglichte, die verschiedenen darin enthaltenen Metalle zu trennen Mineralien.

Um Yttrium in seiner reinen (metallischen) Form zu erhalten, YF-Verbindungen sollten reduziert werden₃ oder YCl₃, womit man fertig werden sollte Kalzium oder Kalium, bzw.

Yttrium-Anwendungen

Yttrium hat Anwendungen von großer Bedeutung im Bereich der Elektronik. Wie viele Seltene Erden, Yttriumverbindungen wie Y₂DAS₃, haben lumineszierende Eigenschaften (strahlen auf einen Stimulus hin ab, wie z ionisierende Strahlung), auch bekannt als Phosphore. Yttrium-Leuchtstoffe waren Anwendung auf Fernsehröhren Farben, um die Primärfarben Grün, Blau und Rot zu erzeugen.

Diese Verbindungen können in anderen Materialien als Fernsehgeräten verwendet werden. Es ist möglich, sie bei der Herstellung von zu verwenden optische Fasern, Leuchtstofflampen, LEDs, Farben, Lacke, Computerbildschirme etc.

Aufgrund seiner lumineszierenden Eigenschaften kann Yttrium auch in verwendet werden Herstellung von Lasern, wie im Fall des Nd: YAG-Lasers, dessen Akronym für Yttrium-Granat (eine Mineralklasse) und steht Aluminium, der Formel Y₃Al₅DAS₁₂, dotiert mit Neodym (Nd).

Es sei daran erinnert, dass Laser eine Art charakteristischer, monochromatischer Lichtemission ist, dh mit einer Länge von Welle Spezifisch. Im Fall von Nd: YAG liegt Neodym in Form von Nd-Ionen vor³⁺, ist für die Emission von Licht verantwortlich Laser-, während die YAG-Kristalle dafür verantwortlich sind, die feste Matrix zu sein.

Dieser Hochleistungslaser kann verwendet werden:

• bei chirurgischen Eingriffen der Medizin und Zahnmedizin;
• in der digitalen Kommunikation;
• beim Messen von Temperatur und Entfernung;
• in industriellen Schneidemaschinen;
• bei Mikroschweißnähten;
• in Experimenten auf dem Gebiet der Photochemie.

Dermatologisches Verfahren mit Laser. [1]

Eine häufige Anwendung in der Medizin liegt im Bereich der Augenheilkunde, wo der Laser zur Behandlung von Netzhautablösungen und zur Korrektur von Myopie eingesetzt wird. In der Dermatologie wird es zum Peeling der Haut verwendet.

Yttrium ist auch in Supraleitern verwendet. Denn 1987 entdeckten amerikanische Physiker die supraleitenden Eigenschaften einer Yttriumverbindung, Y_1,2ba_0,8CuO₄, normalerweise YBCO genannt. Sie Supraleiter sind leitfähige Materialien Elektrizität ohne Widerstand, bei einer sehr niedrigen Temperatur, die als kritische Temperatur bekannt ist.

Demonstration der Magnetschwebebahn mit einem Supraleiter.

Im Fall von YBCO liegt die kritische (supraleitende) Temperatur 93 K (-180 °C) über der Siedetemperatur von Stickstoff- Flüssigkeit, die 77 K (-196 °C) beträgt. Dies erleichterte seine Verwendung erheblich, da frühere Supraleiter wie Lanthan (La₂CuO₃) hatte eine kritische Temperatur im Bereich von 35 K (-238 ° C) und erforderte eine Kühlung mit flüssigem Helium, das teurer als Stickstoff ist.

Supraleiter sind das Herzstück des Magnet- (oder Quanten-) Levitationseffekts, bei dem a Magnetfeld (Magnet) ermöglicht das Schweben des Supraleiters, erklärt durch den Meissner-Effekt. Diese Technologie wurde für die Herstellung von Maglev-Zügen erforscht, die auf den Gleisen schweben.

Magnetschwebebahn in Shanghai, China. [2]

Yttrium hat auch andere Anwendungen, wie z Produktion von Katalysatoren und Keramik. Yttrium-Keramik wird als Schleif- und Feuerfestmaterial (hochtemperaturbeständig) zur Herstellung von:

• Sensoren von Sauerstoff in Autos;
• Schutzschichten von Strahltriebwerken;
• Schneidinstrumente mit Korrosions- und Verschleißfestigkeit.

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Vorsichtsmaßnahmen mit Yttrium

Obwohl es sich nicht um ein giftiges oder krebserregendes Material handelt, Das Einatmen, Verschlucken oder Berühren von Yttrium kann Reizungen und Schäden verursachen zur Lunge. In Pulverform kann sich Yttrium entzünden. Die größte Sorge besteht in Bezug auf Yttrium-Laser, da ihre große Leistung für die Augen schädlich sein kann.

Geschichte des Yttriums

Der Name Yttrium leitet sich von Ytterby ab, einem schwedischen Dorf, das eine Mine enthält, in der vier Seltenerdmetalle entdeckt wurden:

• Yttrium;
• Ytterbium;
• Erbium;
• Ytterbium.

Die wissenschaftliche Geschichte dieses Dorfes beginnt 1789, als Carl Axel Arrhenius bemerkte einen schwarzen Felsbrocken über einen Felsen. Arrhenius war ein junger Leutnant in der schwedischen Armee und hatte eine große Wertschätzung für Mineralien. Zunächst angenommen als Wolframwurde der schwarze Stein an Johan Gadolin geschickt, einen Freund von Arrhenius, Professor für Chemie an der Royal Academy in Turku, Finnland.

Gadolin erkannte, dass das schwarze Gestein aus dem Mineral Ytterbite (später zu seinen Ehren in Gadolinit umbenannt) enthielt ein Oxid neuer Elemente seltene Länder. Der schwedische Chemiker Anders Gustaf Ekeberg bestätigte Gadolins Entdeckung und nannte es Yttriumoxid.

Anschließend erstmals die Yttriumelement wurde isoliert, obwohl mit anderen Elementen vermischt, 1828 von Friedrich Wöhler, der Gas gab Chlor durch das Mineral Gadolinit und das dabei gebildete Yttriumchlorid (YCl₃) wasserfrei, das mit Kalium weiter zu metallischem Yttrium reduziert wurde.

Am Ende wurde festgestellt, dass das von Arrhenius entdeckte schwarze Gestein Oxide von acht Seltenerdmetallen enthält:

• Erbium;
• Terbium;
• Ytterbium;
• Scandium;
• Thulium;
• Holmium;
• Dysprosium;
• Lutetium.

Gelöste Übungen zu Yttrium

Frage 1

(Unaerp-SP) Das 1911 entdeckte Phänomen der Supraleitung von Elektrizität war erneut Gegenstand der Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Welt mit dem Entdeckung von Bendnoz und Müller, dass keramische Materialien diese Art von Verhalten zeigen können, was diesen beiden einen Nobelpreis einbrachte Physiker 1987. Eines der wichtigsten chemischen Elemente in der Formulierung supraleitender Keramiken ist Yttrium:

1s² 2s² 2p⁶ 3 Sek² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5 Sek²4d¹

Die Anzahl der Schalen und die Anzahl der energiereichsten Elektronen für Yttrium sind jeweils:

A) 4 und 1

b) 5 und 1

c) 4 und 2

D) 5 und 3

E) 4 und 3

Auflösung:

AlternativeB

DAS Valenzschicht von Yttrium ist die fünfte Schale mit nur 2 Elektronen in der 5s-Unterschale². Daraus kann geschlossen werden, dass Yttrium 5 Schichten hat. Die energiereichste Unterebene ist die letzte, die in die platziert wird elektronische Verteilung, da dies eine zunehmende Energieverteilung ist. Daher ist die energiereichste Unterebene 4d¹, die nur 1 Elektron hat.

Frage 2

Yttriumoxid, Y₂DAS₃, ist eine Verbindung, die zur Herstellung supraleitender Keramiken wie YBCO verwendet wird, die Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff enthält. Bei der Bildung des Supraleiters behält Yttrium die gleiche Oxidationszahl bei, die es in Yttriumoxid hat. Diese Oxidationszahl ist gleich:

A)-3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Auflösung:

Alternative C

Da Sauerstoff in Oxiden Oxidationszahl (die Ladung, die das Ion erhält, wenn es die Ionenbindung ausführt) gleich -2, kann die Berechnung der Oxidationszahl von Yttrium wie folgt durchgeführt werden:

2x + 3 (-2) = 0

Dabei ist x die zu berechnende Oxidationszahl von Yttrium, die Gleichung muss auf Null gesetzt werden, weil das Oxid elektrisch neutral ist, nicht a Ion.

Rechnen Sie richtig:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Wir haben, dass der Wert von x gleich +3 ist.

Bildnachweis

[1] Gedanken der Freude / Shutterstock

[2] ChamäleonsAuge / Shutterstock

Von Stefano Araújo Novais
Chemielehrer