איטריום (Y): יישומים, אמצעי זהירות, היסטוריה

ה איטריום, סמל Y ו מספר אטומי 39, היא מתכת בצבע כסף הממוקמת בקבוצה 3 של הטבלה המחזורית, ממש מתחת ל סקנדיום, סמל Sc. עם זאת, מבחינה כימית, איטריום דומה מאוד ללנתנום ולנתנידים אחרים, ונחשב כחבר בקבוצת מתכות האדמה הנדירות.

מתכת זו הייתה בשימוש נרחב בייצור מסכי טלוויזיה ישנים וגם של דגמי LCD מודרניים יותר, שכן אלמנט זה מסייע ביצירת צבעי יסוד. יש לו גם יישומים תעשייתיים רלוונטיים, כגון בייצור של זרזים, לייזרים, קרמיקה ומוליכי-על, שהם חומרים ללא התנגדות חשמלית.

ראה גם: זהב - יסוד כימי בעל יכולת הולכה חשמלית מעולה

סיכום על איטריום

• איטריום היא מתכת כסופה הממוקמת בקבוצה 3 של טבלה מחזורית
• למרות שהוא לא נמצא בבלוק f, איטריום נחשב למתכת אדמה נדירה.
• מקורות המינרלים העיקריים שלו הם:
  • המונאזיט;
  • bastnasite;
  • קסנותימיה;
  • הגדולוליניט.
• הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום האלקטרוניקה בגלל תכונות הזוהר שלו.
• הוא משמש גם לייצור לייזרים.
• ניתן להשתמש בתרכובות איטריום כמוליכי-על, מה שאפשר את התקדמות טכניקת הריחוף המגנטי.
• איטריום התגלה בכפר השבדי איטרבי, אתר גילוי של כמה מתכות כדורי אדמה נדירים של הטבלה המחזורית.

תכונות איטריום

• סֵמֶל: י.
• מספר אטומי: 39.
• מסה אטומית: 88,906 לספירה
• אלקטרוני שליליות: 1,2.
• נקודת היתוך: 1530 מעלות צלזיוס.
• נקודת רתיחה: 3264 מעלות צלזיוס.
• צְפִיפוּת: 4.5 גרם ס"מ^-3 (ב-20 מעלות צלזיוס).
• תצורה אלקטרונית: [Kr] 5 שניות² 4ד¹.
• סדרת כימיקלים: קבוצה 3; מתכות מעבר; מתכות אדמה נדירות.

מאפיינים של איטריום

איטריום היא מתכת בצבע כסף ומבריקה. נחשב יציב במגע עם אוויר, שכן שכבה דקה של תַחמוֹצֶת נוצר על פני השטח שלו, ומונע את התקפת החומר המתכתי שמתחתיו. עם זאת, שכבה זו בסופו של דבר מפחיתה את הברק של המתכת.

איטריום בצורתו המתכתית.

באשר לתגובתיות, איטריום יכול להגיב:

• עם הלוגנים, בטמפרטורת החדר;
• עם גז חמצן ועם רוב לא מתכות, תחת חימום:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂ה₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, כאשר X = F, Cl, Br ו-I

בנוסף, איטריום גם מגיב לאט עם מים קרים ו מתמוסס פנימה חומצות דָלִיל, שחרור גז מֵימָן.

בהיותה דומה ללנתנום ולנתנידים אחרים, הכימיה המתוארת והידועה של איטריום היא כזו שבה הוא בעל מצב חמצון שווה ל-+3, כאשר יסוד זה מאבד את שלושת האלקטרונים הערכיים שלו (4s² ו-5ד¹).

קראו גם: בריום - מתכת אדמה אלקליין הידועה ברעילותה

היכן ניתן למצוא איטריום?

האיטריום יכול להופיע במינרלים רבים במקביל למתכות אדמה נדירות אחרות. אחד מהמינרלים הללו הוא מונזיט, פוספט שעשוי להכיל, בנוסף לאיטריום עצמו, כמה מהיסודות הללו, כגון:

• צריום (לִספִירַת הַנוֹצרִים);
• לנתנום (לה);
• ניאודימיום (Nd);
• פרסאודימיום (Pr);
• תוריום (Th).

מונאזיט הוא אחד העפרות שיכולות להוות מקור לאיטריום.

מינרלים איטריום אפשריים נוספים הם:

• bastnasite (פלואורופחמן מכדור הארץ נדיר);
• xenothymia (אורתופוספט איטריום, הידוע גם בשם xenothym או xenothymium);
• גדוליניט (סיליקט של אדמה נדירה, הידוע גם בשם איטרביט).

Bastnasite, מינרל המכיל מספר כדורי אדמה נדירים, כולל איטריום.

ההרכב מגוון, אך מניחים שבעפרה עשירה באיטריום יש בערך 1% במסה של אֵלֵמֶנט.

ניתן להשיגו בכמה דרכים. המתודולוגיה הקלאסית של השגה כרוכה בשטיפה חומצית או בסיסית (כביסה), אשר מייצר פתרונות איטריום, באמצעות:

• חומצה הידרוכלורית;
• חומצה גופרתית;
• נתרן הידרוקסידי.

עם זאת, שטיפה אינה כל כך סלקטיבית שכן היא יוצרת פתרון עם כל כדורי האדמה הנדירים של המינרל. לכן, לאחר מלחמת העולם השנייה, נעשו טכניקות מעודנות יותר להפרדה, באמצעות חילופי יונים, למשל, מה שסיפק את הסלקטיביות שהייתה חסרה, מה שאפשר להפריד בין המתכות השונות הקיימות ב מינרלים.

כדי להשיג איטריום בצורתו הטהורה (מתכתית), יש להפחית את תרכובות YF₃ או YCl₃, מה שצריך לעשות איתו סִידָן אוֹ אֶשׁלָגָן, בהתאמה.

יישומי איטריום

לאיטריום יישומים בעלי חשיבות רבה בתחום האלקטרוניקה. כמו הרבה כדור הארץ נדיר, תרכובות איטריום כמו Y₂ה₃, בעלי תכונות זוהרות (פולטות אור על גירוי, כגון א קרינה מייננת), הידוע גם בשם זרחנים. זרחנים איטריום היו מיושם על צינורות טלוויזיה צבעים להפקת צבעי היסוד ירוק, כחול ואדום.

ניתן להשתמש בתרכובות אלו בחומרים שאינם טלוויזיות. אפשר להשתמש בהם בייצור של סיבים אופטיים, מנורות פלורסנט, לדים, צבעים, לכות, מסכי מחשב וכו '

בשל תכונות האור שלו, איטריום יכול לשמש גם ב ייצור לייזרים, כמו במקרה של הלייזר Nd: YAG, שראשי התיבות שלו מייצגים נופך איטריום (מחלקת מינרלים) ו אֲלוּמִינְיוּם, של נוסחה Y₃אל₅ה₁₂, מסומם בניאודימיום (Nd).

כדאי לזכור שלייזר הוא סוג של פליטת אור אופיינית ומונוכרומטית, כלומר באורך של גַל ספֵּצִיפִי. במקרה של Nd: YAG, ניאודימיום, בהיותו בצורה של יון Nd³⁺, אחראי על פליטת האור לייזר, בעוד שגבישי ה-YAG אחראים להיותם המטריצה ​​המוצקה.

ניתן להשתמש בלייזר בעל הספק גבוה זה:

• בהליכים כירורגיים של רפואה ורפואת שיניים;
• בתקשורת דיגיטלית;
• במדידת טמפרטורה ומרחק;
• במכונות חיתוך תעשייתיות;
• ב-microwelds;
• בניסויים בתחום הפוטוכימיה.

הליך דרמטולוגי באמצעות לייזר. [1]

יישום נפוץ ברפואה הוא בתחום רפואת העיניים, כאשר הלייזר מיושם בטיפול בהיפרדות רשתית ולתיקון קוצר ראייה. ברפואת עור, הוא משמש לקילוף העור.

איטריום גם כן משמש במוליכי-על. הסיבה לכך היא שבשנת 1987, פיזיקאים אמריקאים גילו את תכונות המוליכות העל של תרכובת איטריום, Y_1,2תוֹאַר רִאשׁוֹן_0,8CuO₄, בדרך כלל נקרא YBCO. אתה מוליכים הם חומרים בעלי יכולת הולכה חַשְׁמַל ללא התנגדות, בטמפרטורה נמוכה מאוד, המכונה הטמפרטורה הקריטית.

הדגמה של ריחוף מגנטי עם מוליך-על.

במקרה של YBCO, הטמפרטורה הקריטית (מוליך-על) היא 93 K (-180 מעלות צלזיוס), מעל טמפרטורת הרתיחה של חַנקָן נוזל, שהוא 77 K (-196 מעלות צלזיוס). זה הקל מאוד על השימוש בו, שכן מוליכים קודמים, כגון לנתנום (La₂CuO₃), הייתה בעלת טמפרטורה קריטית בטווח של 35 K (-238 מעלות צלזיוס), הדורשת קירור עם הליום נוזלי, שהוא יקר יותר מחנקן.

מוליכים הם בלב אפקט הריחוף המגנטי (או הקוונטי), שבו א שדה מגנטי (מגנט) מאפשר ריחוף של מוליך העל, מוסבר על ידי אפקט מייסנר. טכנולוגיה כזו נחקרה לייצור רכבות מגלב, הצפות על הפסים.

רכבת מגלב בשנגחאי, סין. [2]

לאיטריום יש גם יישומים אחרים, כגון ייצור של זרזים וקרמיקה. קרמיקה איטריום משמשת כחומרים שוחקים וחומרים עקשנים (עמידים לטמפרטורות גבוהות) לייצור:

• חיישנים של חַמצָן במכוניות;
• שכבות הגנה של מנועי סילון;
• מכשירי חיתוך בעלי עמידות בפני קורוזיה ובלאי.

יודע יותר:אלקטרומגנטיות - חקר חשמל, מגנטיות ויחסיהם

אמצעי זהירות עם איטריום

למרות שאינו חומר רעיל או מסרטן, שאיפה, בליעה או נגיעה באיטריום עלולה לגרום לגירוי ולנזק אל הריאות. בצורת אבקה, איטריום יכול להתלקח. החשש הגדול ביותר הוא ביחס ללייזרי איטריום, שכן כוחם הרב עלול להזיק לעיניים.

היסטוריה של איטריום

השם איטריום נובע מאיטרבי, כפר שוודי המכיל מכרה שבו התגלו ארבע מתכות אדמה נדירות:

• איטריום;
• איטרביום;
• ארביום;
• איטרביום.

ההיסטוריה המדעית של הכפר הזה מתחילה בשנת 1789, כאשר קרל אקסל ארניוס הבחין בגוש סלע שחור מעל סלע. ארניוס היה סגן צעיר בצבא השוודי והיה לו הערכה רבה למינרלים. בהתחלה ההנחה היא ווֹלפרָם, הסלע השחור נשלח ליוהאן גדולין, חברו של ארניוס, פרופסור לכימיה באקדמיה המלכותית בטורקו, פינלנד.

גדולין הבין שהסלע השחור, מהמינרל איטרביט (לימים שונה שמו לגדוליניט, לכבודו), הכיל תחמוצת של יסודות חדשים ארצות נדירות. הכימאי השבדי אנדרס גוסטף אקברג אישר את תגליתו של גדולין וכינה אותה תחמוצת איטריה.

לאחר מכן, בפעם הראשונה ה יסוד איטריום היה מבודד, אם כי מעורבב עם יסודות אחרים, בשנת 1828, על ידי פרידריך ווהלר, שהעביר גז כְּלוֹר על ידי המינרל גדוליניט וכך נוצר איטריום כלוריד (YCl₃) נטול מים, אשר הופחת עוד יותר לאיטריום מתכתי באמצעות אשלגן.

בסופו של דבר, הסלע השחור שהתגלה על ידי ארניוס התגלה כמכיל תחמוצות של שמונה מתכות אדמה נדירות:

• ארביום;
• טרביום;
• איטרביום;
• סקנדיום;
• טוליום;
• הולמיום;
• דיספרוזיום;
• לוטטיום.

פתרו תרגילים על איטריום

שאלה 1

(Unaerp-SP) תופעת ההולכה של חשמל, שהתגלתה ב-1911, הייתה שוב מושא תשומת הלב של העולם המדעי עם מציאת בנדנוז ומולר כי חומרים קרמיים יכולים להפגין סוג זה של התנהגות, לזכות בפרס נובל לשני אלה פיזיקאים ב-1987. אחד היסודות הכימיים החשובים ביותר בניסוח של קרמיקה מוליכת-על הוא איטריום:

1 שניות² 2 שניות² 2 עמ'⁶ 3 שניות² 3 עמ'⁶ 4 שניות² 3d¹⁰ 4 עמ'⁶ 5 שניות²4ד¹

מספר הקליפות ומספר האלקטרונים האנרגטיים ביותר עבור איטריום יהיו, בהתאמה:

א) 4 ו-1

ב) 5 ו-1

ג) 4 ו-2

ד) 5 ו-3

ה) 4 ו-3

פתרון הבעיה:

חלופה ב'

ה שכבת ערכיות של איטריום היא הקליפה החמישית, שיש בה רק 2 אלקטרונים בתת הקליפה של 5s². לפיכך, ניתן להסיק שלאיטריום יש 5 שכבות. תת-הרמה האנרגטית ביותר היא האחרונה שהוצבה ב- הפצה אלקטרונית, שכן מדובר בהפצה גוברת של אנרגיה. לכן, תת הרמה האנרגטית ביותר היא 4d¹, שיש לו רק אלקטרון אחד.

שאלה 2

תחמוצת איטריום, Y₂ה₃, היא תרכובת המשמשת לייצור קרמיקה מוליכת-על, כמו YBCO, שיש בה איטריום, בריום, נחושת וחמצן. ביצירת המוליך העל, איטריום שומר על אותו מספר חמצון שיש לו בתחמוצת איטריום. מספר החמצון הזה שווה ל:

א) -3

ב) 0

ג) +3

ד) -2

ה) +2

פתרון הבעיה:

חלופה C

כפי שיש לחמצן, בתחמוצות, מספר חמצון (המטען שהיון רוכש בעת ביצוע הקשר היוני) שווה ל-2, ניתן לבצע את החישוב של מספר החמצון של איטריום באופן הבא:

2x + 3 (-2) = 0

כאשר x הוא מספר החמצון של האיטריום שיש לחשב, ה משוואה חייב להיות מוגדר לאפס, מכיוון שהתחמוצת היא ניטרלית מבחינה חשמלית, ואינה א יוֹן.

ביצוע החישובים בצורה נכונה:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

יש לנו שהערך של x שווה ל-+3.

קרדיט תמונה

[1] מחשבות של שמחה / shutterstock

[2] ChameleonsEye / shutterstock

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה