Yttrium (Y): applications, précautions, historique

LA yttrium, symbole Y et numéro atomique 39, est un métal argenté situé dans le groupe 3 du tableau périodique, juste en dessous du scandium, symbole Sc. Cependant, chimiquement, l'yttrium est très similaire au lanthane et à d'autres lanthanides, étant considéré comme un membre du groupe des métaux des terres rares.

Ce métal était largement utilisé dans la fabrication des anciens écrans de télévision et aussi des modèles LCD plus modernes, car cet élément contribue à la génération des couleurs primaires. Il a également des applications industrielles pertinentes, telles que la fabrication de catalyseurs, de lasers, de céramiques et de supraconducteurs, qui sont des matériaux sans résistance électrique.

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résumé sur l'yttrium

• L'yttrium est un métal argenté situé dans le groupe 3 du Tableau périodique
• Bien qu'il ne soit pas dans le bloc f, l'yttrium est considéré comme un métal de terre rare.
• Ses principales sources minérales sont:
  • la monazite;
  • bastnasite;
  • xénothymie;
  • la gadoline.
• Il est largement utilisé dans le domaine de l'électronique en raison de ses propriétés luminescentes.
• Il est également utilisé dans la fabrication de lasers.
• Les composés d'yttrium peuvent être utilisés comme supraconducteurs, ce qui a permis l'avancement de la technique de lévitation magnétique.
• L'yttrium a été découvert dans le village suédois d'Ytterby, site de la découverte de plusieurs les métaux terres rares du tableau périodique.

Propriétés de l'yttrium

• Symbole: Y.
• Numéro atomique: 39.
• Masse atomique: 88 906 cu.
• Électronégativité : 1,2.
• Point de fusion : 1530°C.
• Point d'ébullition: 3264°C.
• Densité: 4,5 g.cm^-3 (à 20°C).
• Configuration électronique: [Kr] 5s² 4d¹.
• Série chimique : groupe 3; métaux de transition; métaux de terres rares.

caractéristiques de l'yttrium

L'yttrium est un métal argenté et brillant. considéré comme stable au contact de l'air, car une fine couche de oxyde se forme à sa surface, empêchant l'attaque de la substance métallique en dessous. Cependant, cette couche finit par diminuer la brillance du métal.

Yttrium sous sa forme métallique.

Quant à la réactivité, l'yttrium peut réagir :

• avec halogènes, à température ambiante;
• avec de l'oxygène gazeux et avec la plupart non-métaux, sous chauffage:
  • 4 O + 3 O₂ → 2 ans₂LA₃
  • 2 O + 3 X₂ → 2YX₃, avec X = F, Cl, Br et I

De plus, l'yttrium réagit aussi lentement avec l'eau froide et se dissout dans acides dilué, libérant du gaz hydrogène.

Étant similaire au lanthane et à d'autres lanthanides, la chimie décrite et connue de l'yttrium en est une dans laquelle il a un état d'oxydation égal à +3, lorsque cet élément perd ses trois électrons de valence (4s² et 5d¹).

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Où trouver l'yttrium ?

l'yttrium peut se produire dans de nombreux minéraux en même temps que d'autres métaux de terres rares. L'un de ces minéraux est la monazite, un phosphate qui peut contenir, en plus de l'yttrium lui-même, plusieurs de ces éléments, tels que :

• cérium (Ce);
• lanthane (La);
• néodyme (Nd);
• praséodyme (Pr);
• thorium (Th).

La monazite fait partie des minerais pouvant être source d'yttrium.

Les autres minéraux d'yttrium possibles sont :

• bastnasite (un fluorocarbure de terre rare);
• xénothymie (un orthophosphate d'yttrium, également appelé xénothyme ou xénothyme);
• gadolinite (un silicate de terre rare, également connu sous le nom d'ytterbite).

Bastnasite, un minéral qui contient plusieurs terres rares, dont l'yttrium.

La composition est variée, mais un minerai riche en yttrium est supposé avoir environ 1 % en masse de élément.

Il peut être obtenu de plusieurs manières. La méthodologie classique de L'obtention implique une lixiviation acide ou basique (lavage), qui génère des solutions d'yttrium, en utilisant :

• acide hydrochlorique;
• acide sulfurique;
• hydroxyde de sodium.

Cependant, la lixiviation n'est pas aussi sélective car elle crée une solution avec toutes les terres rares du minéral. Par conséquent, après la Seconde Guerre mondiale, des techniques plus raffinées de séparation ont été faites, par échange d'ions, par exemple, qui apportait la sélectivité qui manquait, permettant de séparer les différents métaux présents dans minéraux.

Pour obtenir l'yttrium sous sa forme pure (métallique), Les composés YF doivent être réduits₃ ou YCI₃, ce qui devrait être fait avec calcium ou potassium, respectivement.

Applications d'yttrium

L'yttrium a des applications de grande importance dans le domaine de l'électronique. Comme beaucoup de terres rares, les composés d'yttrium tels que Y₂LA₃, ont des propriétés luminescentes (émettent de la lumière sur un stimulus, tel qu'un rayonnement ionisant), également appelés luminophores. Les luminophores d'yttrium étaient appliqué aux tubes de télévision couleurs pour produire les couleurs primaires vert, bleu et rouge.

Ces composés peuvent être utilisés dans des matériaux autres que les téléviseurs. Il est possible de les utiliser dans la fabrication de fibres optiques, lampes fluorescentes, LED, peintures, vernis, écrans d'ordinateur etc.

En raison de ses propriétés luminescentes, l'yttrium peut également être utilisé dans fabrication de lasers, comme dans le cas du laser Nd: YAG, dont l'acronyme signifie grenat d'yttrium (une classe minérale) et aluminium, de formule Y₃Al₅LA₁₂, dopé au néodyme (Nd).

Il convient de rappeler que le laser est un type d'émission de lumière monochromatique caractéristique, c'est-à-dire d'une longueur de vague spécifique. Dans le cas du Nd: YAG, le néodyme, étant sous forme d'ion Nd³⁺, est responsable de l'émission de lumière laser, tandis que les cristaux de YAG sont responsables d'être la matrice solide.

Ce laser haute puissance peut être utilisé :

• dans les procédures chirurgicales de la médecine et de la dentisterie ;
• dans les communications numériques ;
• dans la mesure de la température et de la distance ;
• dans les machines de découpe industrielles ;
• dans les microsoudures ;
• dans des expériences dans le domaine de la photochimie.

Procédure dermatologique utilisant le laser. [1]

Une application courante en médecine est dans le domaine de l'ophtalmologie, où le laser est appliqué dans le traitement du décollement de la rétine et pour la correction de la myopie. En dermatologie, on l'utilise pour exfolier la peau.

L'yttrium est également utilisé dans les supraconducteurs. En effet, en 1987, des physiciens américains ont découvert les propriétés supraconductrices d'un composé d'yttrium, Y_1,2ba_0,8CuO₄, généralement appelé YBCO. Vous supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire électricité sans résistance, à très basse température, dite température critique.

Démonstration de lévitation magnétique avec un supraconducteur.

Dans le cas de YBCO, la température critique (supraconductrice) est de 93 K (-180 ° C), au-dessus de la température d'ébullition de azote liquide, qui est de 77 K (-196 ° C). Cela a grandement facilité son utilisation, puisque les précédents supraconducteurs, comme le lanthane (La₂CuO₃), avait une température critique de l'ordre de 35 K (-238 ° C), nécessitant un refroidissement à l'hélium liquide, plus coûteux que l'azote.

Les supraconducteurs sont au cœur de l'effet de lévitation magnétique (ou quantique), dans lequel un champ magnétique (aimant) permet la lévitation du supraconducteur, expliquée par l'effet Meissner. Une telle technologie a été explorée pour la production de trains Maglev, qui flottent sur les voies.

Train Maglev à Shanghai, Chine. [2]

L'yttrium a également d'autres applications, telles que production de catalyseurs et céramique. Les céramiques d'yttrium sont utilisées comme abrasifs et matériaux réfractaires (résistants aux hautes températures) pour la fabrication de :

• capteurs de oxygène dans les voitures ;
• couches protectrices de moteurs à réaction;
• instruments de coupe résistants à la corrosion et à l'usure.

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précautions avec l'yttrium

Bien qu'il ne s'agisse pas d'un matériau toxique ou cancérigène, l'inhalation, l'ingestion ou le contact de l'yttrium peut provoquer une irritation et des dommages aux poumons. Sous forme de poudre, l'yttrium peut s'enflammer. La plus grande préoccupation concerne les lasers à l'yttrium, car leur grande puissance peut être nocive pour les yeux.

histoire de l'yttrium

Le nom yttrium dérive d'Ytterby, un village suédois qui contient une mine où quatre métaux de terres rares ont été découverts :

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

L'histoire scientifique de ce village commence en 1789, lorsque Carl Axel Arrhenius a remarqué un morceau de roche noire au-dessus d'un rocher. Arrhenius était un jeune lieutenant dans l'armée suédoise et appréciait beaucoup les minéraux. Initialement supposé comme tungstène, la roche noire a été envoyée à Johan Gadolin, un ami d'Arrhenius, professeur de chimie à la Royal Academy de Turku, en Finlande.

Gadolin s'est rendu compte que la roche noire, issue du minéral ytterbite (plus tard rebaptisée gadolinite, en son honneur), contenait un oxyde d'éléments nouveaux terres rares. Le chimiste suédois Anders Gustaf Ekeberg a confirmé la découverte de Gadolin et l'a appelée oxyde d'yttria.

Par la suite, pour la première fois, le l'élément yttrium a été isolé, bien mélangé à d'autres éléments, en 1828, par Friedrich Wöhler, qui passa au gaz chlore par le minéral gadolinite et ainsi formé le chlorure d'yttrium (YCl₃) anhydre, qui a ensuite été réduit en yttrium métallique à l'aide de potassium.

Au final, la roche noire découverte par Arrhenius s'est avérée contenir des oxydes de huit métaux de terres rares :

• erbium;
• terbium;
• ytterbium;
• scandium;
• thulium;
• l'holmium;
• dysprosium;
• lutétium.

Exercices résolus sur l'yttrium

question 1

(Unaerp-SP) Le phénomène de supraconduction de l'électricité, découvert en 1911, fut à nouveau l'objet de l'attention du monde scientifique avec la découverte par Bendnoz et Müller que les matériaux céramiques peuvent présenter ce type de comportement, gagnant un prix Nobel à ces deux physiciens en 1987. L'yttrium est l'un des éléments chimiques les plus importants dans la formulation des céramiques supraconductrices :

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

Le nombre de couches et le nombre d'électrons les plus énergétiques pour l'yttrium seront respectivement :

A) 4 et 1

B) 5 et 1

C) 4 et 2

D) 5 et 3

E) 4 et 3

Résolution:

Variante B

LA couche de valence de l'yttrium est la cinquième couche, n'ayant que 2 électrons dans la sous-couche 5s². Ainsi, on peut conclure que l'yttrium a 5 couches. Le sous-niveau le plus énergétique est le dernier à être placé dans le distribution électronique, car il s'agit d'une distribution croissante d'énergie. Par conséquent, le sous-niveau le plus énergétique est 4d¹, qui n'a qu'un seul électron.

question 2

Oxyde d'yttrium, Y₂LA₃, est un composé utilisé pour fabriquer des céramiques supraconductrices, telles que YBCO, qui contient de l'yttrium, du baryum, du cuivre et de l'oxygène. Lors de la formation du supraconducteur, l'yttrium conserve le même nombre d'oxydation qu'il a dans l'oxyde d'yttrium. Ce nombre d'oxydation est égal à :

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Résolution:

Variante C

Comme l'oxygène a, dans les oxydes, nombre d'oxydation (la charge que l'ion acquiert lors de la réalisation de la liaison ionique) égale à -2, le calcul du nombre d'oxydation de l'yttrium peut se faire comme suit :

2x + 3 (-2) = 0

Où x est le degré d'oxydation de l'yttrium à calculer, le équation doit être mis à zéro, car l'oxyde est électriquement neutre, n'étant pas un ion.

Bien faire les calculs :

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Nous avons que la valeur de x est égale à +3.

crédit image

[1] penséesdejoie / obturateur

[2] CaméléonsOeil / obturateur

Par Stefano Araújo Novais
Professeur de chimie