Ittrio (Y): applicazioni, precauzioni, storia

IL ittrio, simbolo Y e numero atomico 39, è un metallo color argento che si trova nel Gruppo 3 della Tavola Periodica, appena sotto il scandio, simbolo Sc. Tuttavia, chimicamente, l'ittrio è molto simile al lantanio e ad altri lantanidi, essendo considerato un membro del gruppo dei metalli delle terre rare.

Questo metallo è stato ampiamente utilizzato nella produzione di vecchi schermi televisivi e anche di modelli LCD più moderni, poiché questo elemento aiuta nella generazione dei colori primari. Ha anche applicazioni industriali rilevanti, come nella produzione di catalizzatori, laser, ceramiche e superconduttori, che sono materiali senza resistenza elettrica.

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riassunto sull'ittrio

• L'ittrio è un metallo argenteo situato nel gruppo 3 del Tavola periodica
• Nonostante non si trovi nel blocco f, l'ittrio è considerato un metallo delle terre rare.
• Le sue principali fonti minerali sono:
  • la monazita;
  • bastnasite;
  • xenotimia;
  • la gadolinite.
• È ampiamente utilizzato nel campo dell'elettronica per le sue proprietà luminescenti.
• Viene anche utilizzato nella produzione di laser.
• I composti di ittrio possono essere usati come superconduttori, il che ha permesso il progresso della tecnica della levitazione magnetica.
• L'ittrio è stato scoperto nel villaggio svedese di Ytterby, luogo della scoperta di molti metalli terre rare della Tavola Periodica.

Proprietà dell'ittrio

• Simbolo: Y.
• Numero atomico: 39.
• Massa atomica: 88.906 c.u.
• Elettronegatività: 1,2.
• Punto di fusione: 1530°C.
• Punto di ebollizione: 3264°C.
• Densità: 4,5 g.cm^-3 (a 20°C).
• Configurazione elettronica: [Kr] 5s² 4d¹.
• Serie chimica: gruppo 3; metalli di transizione; metalli delle terre rare.

caratteristiche dell'ittrio

L'ittrio è un metallo color argento e lucente. considerato stabile a contatto con l'aria, poiché un sottile strato di ossido si forma sulla sua superficie, impedendo l'attacco della sostanza metallica sottostante. Tuttavia, questo strato finisce per diminuire la lucentezza del metallo.

Ittrio nella sua forma metallica.

Per quanto riguarda la reattività, l'ittrio può reagire:

• con alogeni, a temperatura ambiente;
• con ossigeno gassoso e con la maggior parte non metalli, in riscaldamento:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 anni₂IL₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, con X = F, Cl, Br e I

Inoltre, l'ittrio reagisce lentamente anche con l'acqua fredda e si dissolve acidi diluito, liberando gas idrogeno.

Essendo simile al lantanio e ad altri lantanidi, la chimica descritta e nota per l'ittrio è quella in cui ha uno stato di ossidazione pari a +3, quando questo elemento perde i suoi tre elettroni di valenza (4s² e 5d¹).

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Dove si trova l'ittrio?

l'ittrio può essere presente in molti minerali in concomitanza con altri metalli delle terre rare. Uno di questi minerali è la monazite, un fosfato che può contenere, oltre all'ittrio stesso, diversi di questi elementi, come ad esempio:

• cerio (Ce);
• lantanio (La);
• neodimio (Nd);
• praseodimio (Pr);
• torio (Th).

La monazite è uno dei minerali che può essere una fonte di ittrio.

Altri possibili minerali di ittrio sono:

• bastnasite (un fluorocarbon di terre rare);
• xenotimia (un ortofosfato di ittrio, noto anche come xenotimo o xenotimio);
• gadolinite (un silicato di terre rare, noto anche come itterbite).

Bastnasite, un minerale che contiene diverse terre rare, tra cui l'ittrio.

La composizione è varia, ma si presume che un minerale ricco di ittrio abbia circa l'1% in massa di elemento.

Può essere ottenuto in diversi modi. La metodologia classica di L'ottenimento comporta una lisciviazione acida o basica (lavaggio), che genera soluzioni di ittrio, utilizzando:

• acido cloridrico;
• acido solforico;
• idrossido di sodio.

Tuttavia, la lisciviazione non è così selettiva in quanto crea una soluzione con tutte le terre rare del minerale. Pertanto, dopo la seconda guerra mondiale, furono realizzate tecniche più raffinate per la separazione, mediante scambio ionico, ad esempio, che forniva la selettività che mancava, consentendo di separare i vari metalli presenti in minerali.

Per ottenere l'ittrio nella sua forma pura (metallica), I composti YF dovrebbero essere ridotti₃ o YCl₃, che dovrebbe essere fatto calcio o potassio, rispettivamente.

Applicazioni di ittrio

L'ittrio ha applicazioni di grande importanza nel campo dell'elettronica. Come molte terre rare, composti di ittrio come Y₂IL₃, hanno proprietà luminescenti (emettono luce su uno stimolo, come a Radiazione ionizzante), noti anche come fosfori. I fosfori di ittrio erano applicato ai tubi della televisione colori per produrre i colori primari verde, blu e rosso.

Questi composti possono essere utilizzati in materiali diversi dai televisori. È possibile utilizzarli nella fabbricazione di fibre ottiche, lampade fluorescenti, led, pitture, vernici, schermi di computer eccetera.

Grazie alle sue proprietà luminescenti, l'ittrio può essere utilizzato anche in produzione di laser, come nel caso del laser Nd: YAG, il cui acronimo sta per ittrium granato (una classe minerale) e alluminio, di formula Y₃Al₅IL₁₂, drogato con neodimio (Nd).

Vale la pena ricordare che il laser è un tipo di emissione di luce caratteristica, monocromatica, cioè con una lunghezza di onda specifico. Nel caso di Nd: YAG, neodimio, essendo sotto forma di ione Nd³⁺, è responsabile dell'emissione di luce laser, mentre i cristalli YAG sono responsabili di essere la matrice solida.

Questo laser ad alta potenza può essere utilizzato:

• nelle procedure chirurgiche di medicina e odontoiatria;
• nelle comunicazioni digitali;
• nella misurazione della temperatura e della distanza;
• nelle macchine da taglio industriali;
• nelle microsaldature;
• in esperimenti nel campo della fotochimica.

Procedura dermatologica mediante laser. [1]

Un'applicazione comune in medicina è nel campo dell'oftalmologia, dove il laser viene applicato nel trattamento del distacco di retina e per la correzione della miopia. In dermatologia è usato per esfoliare la pelle.

Lo è anche l'ittrio utilizzato nei superconduttori. Questo perché nel 1987 i fisici americani hanno scoperto le proprietà superconduttive di un composto di ittrio, Y_1,2ba_0,8CuO₄, di solito chiamato YBCO. Voi superconduttori sono materiali capaci di condurre elettricità senza resistenza, a temperatura molto bassa, detta temperatura critica.

Dimostrazione della levitazione magnetica con un superconduttore.

Nel caso di YBCO, la temperatura critica (superconduttrice) è 93 K (-180 °C), al di sopra della temperatura di ebollizione di azoto liquido, che è 77 K (-196 °C). Ciò ha facilitato notevolmente il suo utilizzo, poiché i precedenti superconduttori, come il lantanio (La₂CuO₃), aveva una temperatura critica nell'intervallo di 35 K (-238 °C), che richiedeva il raffreddamento con elio liquido, che è più costoso dell'azoto.

I superconduttori sono al centro dell'effetto di levitazione magnetica (o quantistica), in cui a campo magnetico (magnete) permette la levitazione del superconduttore, spiegata dall'effetto Meissner. Tale tecnologia è stata esplorata per la produzione di treni Maglev, che galleggiano sui binari.

Treno Maglev a Shanghai, Cina. [2]

L'ittrio ha anche altre applicazioni, come produzione di catalizzatori e ceramica. Le ceramiche di ittrio sono utilizzate come materiali abrasivi e refrattari (resistenti alle alte temperature) per la produzione di:

• sensori di ossigeno nelle automobili;
• strati protettivi di motori a reazione;
• strumenti da taglio con resistenza alla corrosione e all'usura.

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precauzioni con ittrio

Nonostante non sia un materiale tossico o cancerogeno, inalare, ingerire o toccare l'ittrio può causare irritazioni e danni ai polmoni. In polvere, l'ittrio può prendere fuoco. La preoccupazione maggiore riguarda i laser all'ittrio, poiché il loro grande potere può essere dannoso per gli occhi.

storia dell'ittrio

Il nome ittrio deriva da Ytterby, un villaggio svedese che contiene una miniera dove sono stati scoperti quattro metalli delle terre rare:

• ittrio;
• itterbio;
• erbio;
• itterbio.

La storia scientifica di questo villaggio inizia nel 1789, quando Carl Axel Arrhenius notò un pezzo di roccia nera sopra una roccia. Arrhenius era un giovane luogotenente dell'esercito svedese e aveva un grande apprezzamento per i minerali. Inizialmente assunto come tungsteno, la roccia nera fu inviata a Johan Gadolin, un amico di Arrhenius, professore di chimica alla Royal Academy di Turku, in Finlandia.

Gadolin si rese conto che la roccia nera, dal minerale itterbite (poi ribattezzata gadolinite, in suo onore), conteneva un ossido di nuovi elementi terre rare. Il chimico svedese Anders Gustaf Ekeberg confermò la scoperta di Gadolin e la chiamò ossido di ittrio.

Successivamente, per la prima volta il elemento di ittrio è stato isolato, anche se mescolato con altri elementi, nel 1828, da Friedrich Wöhler, che passò il gas cloro dal minerale gadolinite e quindi formato cloruro di ittrio (YCl₃) anidro, che è stato ulteriormente ridotto a ittrio metallico usando potassio.

Alla fine, si scoprì che la roccia nera scoperta da Arrhenius conteneva ossidi di otto metalli delle terre rare:

• erbio;
• terbio;
• itterbio;
• scandio;
• tulio;
• olmio;
• disprosio;
• lutezio.

Risolti esercizi su ittrio

domanda 1

(Unaerp-SP) Il fenomeno della superconduzione dell'elettricità, scoperto nel 1911, è stato ancora una volta oggetto di attenzione del mondo scientifico con la trovando da Bendnoz e Müller che i materiali ceramici possono esibire questo tipo di comportamento, guadagnando un premio Nobel a questi due fisici nel 1987. Uno degli elementi chimici più importanti nella formulazione della ceramica superconduttrice è l'ittrio:

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

Il numero di gusci e il numero di elettroni più energetici per l'ittrio saranno, rispettivamente:

A) 4 e 1

B) 5 e 1

C) 4 e 2

D) 5 e 3

E) 4 e 3

Risoluzione:

Alternativa B

IL strato di valenza di ittrio è il quinto guscio, che ha solo 2 elettroni nel subshell 5s². Pertanto, si può concludere che l'ittrio ha 5 strati. Il sottolivello più energetico è l'ultimo ad essere posizionato nel distribuzione elettronica, poiché si tratta di una distribuzione crescente di energia. Pertanto, il sottolivello più energetico è 4d¹, che ha solo 1 elettrone.

Domanda 2

ossido di ittrio, Y₂IL₃, è un composto utilizzato per produrre ceramiche superconduttrici, come YBCO, che contiene ittrio, bario, rame e ossigeno. Nella formazione del superconduttore, l'ittrio mantiene lo stesso numero di ossidazione che ha nell'ossido di ittrio. Questo numero di ossidazione è uguale a:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Risoluzione:

Alternativa C

Poiché l'ossigeno ha, negli ossidi, numero di ossidazione (la carica che lo ione acquisisce quando esegue il legame ionico) pari a -2, il calcolo del numero di ossidazione dell'ittrio può essere effettuato come segue:

2x + 3 (-2) = 0

Dove x è il numero di ossidazione dell'ittrio da calcolare, il equazione deve essere impostato a zero, perché l'ossido è elettricamente neutro, non essendo a ione.

Facendo i calcoli correttamente:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Abbiamo che il valore di x è uguale a +3.

credito immagine

[1] pensieri di gioia / persiane

[2] Camaleonti Occhio / persiane

Di Stefano Araújo Novais
Insegnante di chimica