Yttrium (Y): sovellukset, varotoimet, historia

THE yttrium, symboli Y ja atominumero 39, on hopeanvärinen metalli, joka sijaitsee jaksollisen järjestelmän ryhmässä 3, juuri sen alapuolella. skandium, symboli Sc. Kemiallisesti yttrium on kuitenkin hyvin samanlainen kuin lantaani ja muut lantanidit, koska sitä pidetään harvinaisten maametallien ryhmän jäsenenä.

Tätä metallia käytettiin laajalti vanhojen televisioruutujen ja myös nykyaikaisempien LCD-mallien valmistuksessa, koska tämä elementti auttaa luomaan päävärejä. Sillä on myös merkityksellisiä teollisia sovelluksia, kuten katalyyttien, lasereiden, keramiikan ja suprajohteiden valmistuksessa, jotka ovat materiaaleja ilman sähkövastus.

Katso myös: Kulta - kemiallinen alkuaine, jolla on erinomainen sähkönjohtavuus

yhteenveto yttriumista

• Ittrium on hopeanhohtoinen metalli, joka sijaitsee ryhmässä 3 Jaksollinen järjestelmä
• Vaikka yttrium ei ole f-lohkossa, sitä pidetään harvinaisena maametallina.
• Sen tärkeimmät mineraalilähteet ovat:
  • monatsiitti;
  • bastnasiitti;
  • ksenotymia;
  • gadoliniitti.
• Sitä käytetään laajalti elektroniikan alalla luminoivien ominaisuuksiensa vuoksi.
• Sitä käytetään myös lasereiden valmistuksessa.
• Yttriumyhdisteitä voidaan käyttää suprajohtimina, mikä mahdollisti magneettisen levitaatiotekniikan kehittämisen.
• Yttrium löydettiin ruotsalaisesta Ytterbyn kylästä, josta on löydetty useita metallit jaksollisen järjestelmän harvinaiset maametallit.

Ittriumin ominaisuudet

• Symboli: Y.
• Atominumero: 39.
• Atomimassa: 88 906 c.u.
• Elektronegatiivisuus: 1,2.
• Fuusiopiste: 1530 °C.
• Kiehumispiste: 3264 °C.
• Tiheys: 4,5 g.cm^-3 (20 °C: ssa).
• Sähköinen konfigurointi: [Kr] 5s² 4d¹.
• Kemiallinen sarja: ryhmä 3; siirtymämetallit; harvinaiset maametallit.

yttriumin ominaisuudet

Ittrium on hopeanvärinen ja kiiltävä metalli. pidetään stabiilina kosketuksessa ilman kanssa, koska ohut kerros oksidi muodostuu sen pinnalle estäen sen alla olevan metallisen aineen hyökkäyksen. Tämä kerros kuitenkin päätyy heikentämään metallin kiiltoa.

Yttrium metallisessa muodossaan.

Mitä tulee reaktiivisuuteen, yttrium voi reagoida:

• kanssa halogeenit, huonelämpötilassa;
• happikaasulla ja useimmilla epämetallit, lämmitettynä:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 v₂THE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, jossa X = F, Cl, Br ja I

Lisäksi yttrium reagoi hitaasti myös kylmän veden ja liukenee sisään hapot laimennettuna, vapauttaa kaasua vety.

Koska yttrium on samanlainen kuin lantaani ja muut lantanidit, kuvattu ja tunnettu kemia on sellainen, jossa se sen hapetusaste on +3, kun tämä alkuaine menettää kolme valenssielektroniaan (4s² ja 5d¹).

Lue myös: Barium – maa-alkalimetalli, joka tunnetaan myrkyllisyydestään

Mistä yttrium löytyy?

yttrium voi esiintyä monissa mineraaleissa samanaikaisesti muiden harvinaisten maametallien kanssa. Yksi näistä mineraaleista on monatsiitti, fosfaatti, joka voi sisältää itse yttriumin lisäksi useita näistä alkuaineista, kuten:

• cerium (Ce);
• lantaani (La);
• neodyymi (Nd);
• praseodyymi (Pr);
• torium (Th).

Monatsiitti on yksi malmeista, joka voi olla yttriumin lähde.

Muita mahdollisia yttriummineraaleja ovat:

• bastnasiitti (harvinaisen maametallin fluorihiilivety);
• ksenotymia (yttriumortofosfaatti, joka tunnetaan myös nimellä ksenotyymi tai ksenotyymi);
• gadoliniitti (harvinaisen maametallin silikaatti, joka tunnetaan myös nimellä ytterbite).

Bastnasiitti, mineraali, joka sisältää useita harvinaisia ​​maametallia, mukaan lukien yttrium.

Koostumus on vaihteleva, mutta runsaasti yttriumia sisältävän malmin oletetaan sisältävän noin 1 painoprosenttia elementti.

Se voidaan saada useilla tavoilla. Klassinen metodologia Hankinta sisältää happo- tai emäksisen liuottamisen (pesun), joka tuottaa yttriumliuoksia käyttämällä:

• suolahappo;
• rikkihappo;
• natriumhydroksidia.

Liuotus ei kuitenkaan ole niin valikoivaa, koska se luo ratkaisun mineraalin kaikkien harvinaisten maametallien kanssa. Siksi toisen maailmansodan jälkeen tehtiin entistä hienostuneempia erotustekniikoita ioninvaihdon avulla, Esimerkiksi, mikä tarjosi puuttuvan selektiivisyyden, mikä mahdollisti siinä olevien eri metallien erottamisen mineraaleja.

Saadaksesi yttriumin puhtaassa (metallisessa) muodossa, YF-yhdisteitä tulisi vähentää₃ tai YCl₃, joka kannattaa tehdä kalsiumia tai kalium, vastaavasti.

Yttrium-sovellukset

Ittriumilla on erittäin tärkeitä sovelluksia elektroniikan alalla. Kuten monet harvinaiset maametallit, yttriumyhdisteet, kuten Y₂THE₃, niillä on luminoivia ominaisuuksia (säteilevät valoa ärsykkeisiin, kuten a ionisoiva säteily), joka tunnetaan myös nimellä fosforit. Yttriumfosforit olivat sovelletaan televisioputkiin värit tuottamaan päävärit vihreä, sininen ja punainen.

Näitä yhdisteitä voidaan käyttää muissa materiaaleissa kuin televisioissa. Niitä on mahdollista käyttää valmistuksessa optiset kuidut, loistelamput, LEDit, maalit, lakat, tietokonenäytöt jne.

Luminesoivien ominaisuuksiensa ansiosta yttriumia voidaan käyttää myös mm laserien valmistus, kuten Nd: YAG-laserin tapauksessa, jonka lyhenne tarkoittaa yttriumgranaattia (mineraaliluokka) ja alumiini, kaavan Y mukainen₃Al₅THE₁₂, seostettu neodyymillä (Nd).

On syytä muistaa, että laser on eräänlainen tyypillinen, monokromaattinen valoemissio, eli sen pituus Aalto erityistä. Nd: YAG: n tapauksessa neodyymi, joka on Nd-ionin muodossa³⁺, on vastuussa valon lähettämisestä laser, kun taas YAG-kiteet ovat vastuussa kiinteänä matriisina.

Tätä suuritehoista laseria voidaan käyttää:

• lääketieteen ja hammaslääketieteen kirurgisissa toimenpiteissä;
• digitaalisessa viestinnässä;
• lämpötilan ja etäisyyden mittaamisessa;
• teollisissa leikkauskoneissa;
• mikrohitsauksissa;
• kokeissa fotokemian alalla.

Dermatologinen toimenpide laserilla. [1]

Yleinen sovellus lääketieteessä on oftalmologia, jossa laseria käytetään verkkokalvon irtauman hoidossa ja likinäköisyyden korjaamisessa. Dermatologiassa sitä käytetään ihon kuorimiseen.

Ittrium on myös käytetään suprajohtimissa. Tämä johtuu siitä, että amerikkalaiset fyysikot löysivät vuonna 1987 yttriumyhdisteen, Y, suprajohtavat ominaisuudet._1,2ba_0,8CuO₄, jota yleensä kutsutaan nimellä YBCO. Sinä suprajohteet ovat johtavia materiaaleja sähköä ilman vastusta erittäin alhaisessa lämpötilassa, joka tunnetaan kriittisenä lämpötilana.

Magneettisen levitaation esittely suprajohteen avulla.

YBCO: n tapauksessa kriittinen (suprajohtava) lämpötila on 93 K (-180 °C) kiehumislämpötilan yläpuolella. typpeä neste, jonka lämpötila on 77 K (-196 °C). Tämä helpotti suuresti sen käyttöä, koska aikaisemmat suprajohteet, kuten lantaani (La₂CuO₃), sen kriittinen lämpötila oli alueella 35 K (-238 °C), mikä vaati jäähdytystä nestemäisellä heliumilla, joka on typpeä kalliimpaa.

Suprajohteet ovat magneettisen (tai kvantti-) levitaatioilmiön ytimessä, jossa magneettikenttä (magneetti) mahdollistaa suprajohteen levitaation, mikä selittää Meissner-ilmiön. Tällaista tekniikkaa tutkittiin raiteilla kelluvien Maglev-junien valmistukseen.

Maglev-juna Shanghaissa, Kiinassa. [2]

Yttriumilla on myös muita sovelluksia, kuten tuottama katalyytit ja keramiikkaa. Ittriumkeramiikkaa käytetään hioma-aineina ja tulenkestävinä materiaaleina (kestävät korkeita lämpötiloja) seuraavien tuotteiden valmistukseen:

• anturit happi autoissa;
• suihkumoottoreiden suojakerrokset;
• korroosiota ja kulutusta kestävät leikkausvälineet.

Tietää enemmän:Sähkömagnetismi – sähkön, magnetismin ja niiden välisten suhteiden tutkimus

varotoimet yttriumin kanssa

Vaikka se ei ole myrkyllinen tai syöpää aiheuttava materiaali, yttriumin hengittäminen, nieleminen tai koskettaminen voi aiheuttaa ärsytystä ja vaurioita keuhkoihin. Jauhemuodossa yttrium voi syttyä palamaan. Suurin huolenaihe liittyy yttriumlasereihin, koska niiden suuri teho voi olla haitallista silmille.

yttriumin historia

Nimi yttrium juontaa juurensa Ytterbystä, ruotsalaisesta kylästä, jossa on kaivos, josta löydettiin neljä harvinaista maametallia:

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

Tämän kylän tieteellinen historia alkaa vuonna 1789, jolloin Carl Axel Arrhenius huomasi mustan kiven palan kiven yli. Arrhenius oli nuori luutnantti Ruotsin armeijassa ja arvosti paljon mineraaleja. Aluksi oletettiin olevan volframi, musta kivi lähetettiin Turun Kuninkaallisen Akatemian kemian professorin Arrheniuksen ystävälle Johan Gadolinille.

Gadolin tajusi, että ytterbite-mineraalista peräisin oleva musta kivi (nimettiin myöhemmin hänen kunniakseen gadoliniitiksi) sisälsi uusien alkuaineiden oksideja harvinaiset maat. Ruotsalainen kemisti Anders Gustaf Ekeberg vahvisti Gadolinin löydön ja kutsui sitä yttriumoksidiksi.

Myöhemmin ensimmäistä kertaa yttrium-alkuaine eristettiin, vaikka se oli sekoitettu muihin alkuaineisiin, vuonna 1828 Friedrich Wöhler, joka läpäisi kaasun kloori gadoliniitin mineraali ja siten muodostunut yttriumkloridi (YCl₃) vedetön, joka pelkistettiin edelleen metalliksi yttriumiksi kaliumia käyttämällä.

Lopulta Arrheniuksen löytämän mustan kiven todettiin sisältävän kahdeksan harvinaisen maametallin oksideja:

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

Ratkaistiin harjoituksia yttriumilla

Kysymys 1

(Unaerp-SP) Vuonna 1911 löydetty sähkön suprajohtamisilmiö oli jälleen kerran tiedemaailman huomion kohteena. Bendnozin ja Müllerin havainto, että keraamiset materiaalit voivat osoittaa tällaista käyttäytymistä, mikä ansaitsee Nobel-palkinnon näille kahdelle fyysikot vuonna 1987. Yksi tärkeimmistä kemiallisista alkuaineista suprajohtavan keramiikan valmistuksessa on yttrium:

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

Kuorien lukumäärä ja energisimpien elektronien lukumäärä yttriumille on vastaavasti:

A) 4 ja 1

B) 5 ja 1

C) 4 ja 2

D) 5 ja 3

E) 4 ja 3

Resoluutio:

Vaihtoehto B

THE valenssikerros yttrium on viides kuori, jolla on vain 2 elektronia 5s-alakuoressa². Siten voidaan päätellä, että yttriumilla on 5 kerrosta. Energisin alataso on viimeinen, joka sijoitetaan sähköinen jakelu, koska tämä on kasvava energian jakautuminen. Siksi energisin alataso on 4d¹, jossa on vain 1 elektroni.

kysymys 2

Yttriumoksidi, Y₂THE₃, on yhdiste, jota käytetään suprajohtavan keramiikan valmistukseen, kuten YBCO, jossa on yttriumia, bariumia, kuparia ja happea. Suprajohteen muodostuessa yttrium säilyttää saman hapetusluvun kuin yttriumoksidissa. Tämä hapetusluku on yhtä suuri kuin:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Resoluutio:

Vaihtoehto C

Kuten hapella on oksideissa, hapetusnumero (varaus, jonka ioni hankkii suorittaessaan ionisidosta) yhtä suuri kuin -2, yttriumin hapetusluku voidaan laskea seuraavasti:

2x + 3 (-2) = 0

Missä x on laskettavan yttriumin hapetusluku, yhtälö on asetettava nollaan, koska oksidi on sähköisesti neutraali, ei a ioni.

Laskelmien tekeminen oikein:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Meillä on, että x: n arvo on yhtä suuri kuin +3.

kuvan luotto

[1] ilon ajatuksia / shutterstock

[2] ChameleonsEye / shutterstock

Kirjailija: Stefano Araújo Novais
Kemian opettaja