Yttrium (Y): toepassingen, voorzorgsmaatregelen, geschiedenis

DE yttrium, symbool Y en atoomnummer 39, is een zilverkleurig metaal dat zich in groep 3 van het periodiek systeem bevindt, net onder de scandium, symbool Sc. Chemisch gezien lijkt yttrium echter sterk op lanthaan en andere lanthaniden, en wordt het beschouwd als een lid van de groep van zeldzame aardmetalen.

Dit metaal werd veel gebruikt bij de vervaardiging van oude televisieschermen en ook van modernere LCD-modellen, omdat dit element helpt bij het genereren van primaire kleuren. Het heeft ook relevante industriële toepassingen, zoals bij de vervaardiging van katalysatoren, lasers, keramiek en supergeleiders, materialen zonder elektrische weerstand.

Zie ook: Goud — scheikundig element met uitstekend elektrisch geleidingsvermogen

samenvatting over yttrium

• Yttrium is een zilverachtig metaal in Groep 3 van de Periodiek systeem
• Ondanks dat het niet in het f-blok zit, wordt yttrium beschouwd als een zeldzaam aardmetaal.
• De belangrijkste minerale bronnen zijn:
  • de monaziet;
  • bastnasiet;
  • xenothymie;
  • de gadoliniet.
• Het wordt veel gebruikt op het gebied van elektronica vanwege zijn lichtgevende eigenschappen.
• Het wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van lasers.
• Yttriumverbindingen kunnen worden gebruikt als supergeleiders, wat de vooruitgang van de magnetische levitatietechniek mogelijk maakte.
• Yttrium werd ontdekt in het Zweedse dorp Ytterby, de plaats van de ontdekking van verschillende metalen zeldzame aarden van het periodiek systeem.

Yttrium-eigenschappen

• Symbool: J.
• Atoom nummer: 39.
• Atoom massa: 88.906 c.u.
• Elektronegativiteit: 1,2.
• Fusiepunt: 1530°C.
• Kookpunt: 3264°C.
• Dikte: 4,5 g.cm^-3 (bij 20°C).
• Elektronische configuratie: [Kr] 5s² 4d¹.
• Chemische serie: groep 3; overgangsmetalen; zeldzame aardmetalen.

kenmerken van yttrium

Yttrium is een zilverkleurig en glanzend metaal. beschouwd als stabiel in contact met lucht, aangezien een dun laagje oxyde vormt zich op het oppervlak, waardoor de aantasting van de metalen substantie eronder wordt voorkomen. Deze laag zorgt er echter voor dat de glans van het metaal afneemt.

Yttrium in zijn metallische vorm.

Wat betreft reactiviteit, yttrium kan reageren:

• met halogenen, op kamertemperatuur;
• met zuurstofgas en met de meeste niet-metalen, onder verwarming:
  • 4 J + 3 O₂ → 2 jaar₂DE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, met X = F, Cl, Br en I

Bovendien reageert yttrium ook langzaam met koud water en lost op in zuren verdund, gas vrijgeven waterstof.

Omdat het vergelijkbaar is met lanthaan en andere lanthaniden, is de beschreven en bekende chemie voor yttrium er een waarin het heeft een oxidatietoestand gelijk aan +3, wanneer dit element zijn drie valentie-elektronen verliest (4s² en 5d¹).

Lees ook: Barium — aardalkalimetaal bekend om zijn toxiciteit

Waar is yttrium te vinden?

het yttrium kan in veel mineralen voorkomen gelijktijdig met andere zeldzame aardmetalen. Een van deze mineralen is monaziet, een fosfaat dat, naast yttrium zelf, verschillende van deze elementen kan bevatten, zoals:

• cerium (Ce);
• lanthaan (La);
• neodymium (Nd);
• praseodymium (Pr);
• thorium (Th).

Monaziet is een van de ertsen die een bron van yttrium kunnen zijn.

Andere mogelijke yttriummineralen zijn:

• bastnasiet (een zeldzame-aarde-fluorkoolstof);
• xenothymia (een yttrium-orthofosfaat, ook bekend als xenothym of xenothymium);
• gadoliniet (een zeldzame-aarde silicaat, ook bekend als ytterbite).

Bastnasiet, een mineraal dat verschillende zeldzame aardmetalen bevat, waaronder yttrium.

De samenstelling is gevarieerd, maar een erts dat rijk is aan yttrium wordt verondersteld ongeveer 1 massa% van de te bevatten element.

Het kan op verschillende manieren worden verkregen. De klassieke methode van Het verkrijgen omvat zure of basische uitloging (wassen), die yttrium-oplossingen genereert, met behulp van:

• zoutzuur;
• zwavelzuur;
• natriumhydroxide.

Uitloging is echter niet zo selectief omdat het een oplossing creëert met alle zeldzame aarden van het mineraal. Daarom werden na de Tweede Wereldoorlog meer verfijnde technieken voor scheiding gemaakt, door middel van ionenuitwisseling, die bijvoorbeeld voor de selectiviteit zorgde die ontbrak, waardoor het mogelijk was om de verschillende metalen die aanwezig zijn in mineralen.

Om yttrium in zijn pure (metalen) vorm te verkrijgen, YF-verbindingen moeten worden verminderd₃ of YCl₃, die moet worden gedaan met calcium of potassium, respectievelijk.

Yttrium-toepassingen

Yttrium kent toepassingen van groot belang op het gebied van elektronica. Zoals veel zeldzame aardmetalen, yttriumverbindingen zoals Y₂DE₃, luminescente eigenschappen hebben (licht uitstralen op een stimulus, zoals een ioniserende straling), ook wel fosforen genoemd. Yttriumfosforen waren toegepast op televisiebuizen kleuren om de primaire kleuren groen, blauw en rood te produceren.

Deze verbindingen kunnen worden gebruikt in andere materialen dan televisies. Het is mogelijk om ze te gebruiken bij de vervaardiging van: optische vezels, fluorescentielampen, leds, verven, vernissen, computerschermen enzovoort.

Door zijn lichtgevende eigenschappen kan yttrium ook worden gebruikt in fabricage van lasers, zoals in het geval van de Nd: YAG-laser, waarvan het acroniem staat voor yttrium-granaat (een mineraalklasse) en aluminium, met formule Y₃Al₅DE₁₂, gedoteerd met neodymium (Nd).

Het is de moeite waard eraan te denken dat laser een type karakteristieke, monochromatische lichtemissie is, dat wil zeggen met een lengte van Golf specifiek. In het geval van Nd: YAG, neodymium, in de vorm van Nd-ion³⁺, is verantwoordelijk voor de emissie van licht laser, terwijl de YAG-kristallen verantwoordelijk zijn voor de vaste matrix.

Deze krachtige laser kan worden gebruikt:

• in chirurgische procedures van geneeskunde en tandheelkunde;
• in digitale communicatie;
• bij het meten van temperatuur en afstand;
• in industriële snijmachines;
• in microlassen;
• in experimenten op het gebied van fotochemie.

Dermatologische procedure met behulp van laser. [1]

Een veel voorkomende toepassing in de geneeskunde is op het gebied van oogheelkunde, waar de laser wordt toegepast bij de behandeling van netvliesloslating en voor de correctie van bijziendheid. In de dermatologie wordt het gebruikt om de huid te exfoliëren.

Yttrium is ook gebruikt in supergeleiders. Dat komt omdat in 1987 Amerikaanse natuurkundigen de supergeleidende eigenschappen ontdekten van een yttriumverbinding, Y_1,2ba_0,8CuO₄, gewoonlijk YBCO genoemd. U supergeleiders zijn materialen in staat om te geleiden? elektriciteit zonder weerstand, bij een zeer lage temperatuur, de zogenaamde kritische temperatuur.

Demonstratie van magnetische levitatie met een supergeleider.

In het geval van YBCO is de kritische (supergeleidende) temperatuur 93 K (-180 °C), boven de kooktemperatuur van stikstof- vloeistof, dat is 77 K (-196 °C). Dit vergemakkelijkte het gebruik ervan enorm, aangezien eerdere supergeleiders, zoals lanthaan (La₂CuO₃), had een kritische temperatuur in het bereik van 35 K (-238 ° C), waardoor koeling met vloeibaar helium nodig was, dat duurder is dan stikstof.

Supergeleiders vormen de kern van het magnetische (of kwantum) levitatie-effect, waarbij a magnetisch veld (magneet) maakt de levitatie van de supergeleider mogelijk, verklaard door het Meissner-effect. Dergelijke technologie werd onderzocht voor de productie van Maglev-treinen, die op de sporen drijven.

Maglev-trein in Shanghai, China. [2]

Yttrium heeft ook andere toepassingen, zoals: productie van katalysatoren en keramiek. Yttrium-keramiek wordt gebruikt als schuurmiddel en vuurvaste materialen (bestand tegen hoge temperaturen) voor de productie van:

• sensoren van zuurstof in auto's;
• beschermende lagen van straalmotoren;
• snijinstrumenten met corrosie- en slijtvastheid.

Meer weten:Elektromagnetisme - studie van elektriciteit, magnetisme en hun relaties

voorzorgsmaatregelen met yttrium

Ondanks dat het geen giftig of kankerverwekkend materiaal is, het inademen, inslikken of aanraken van yttrium kan irritatie en schade veroorzaken naar de longen. In poedervorm kan yttrium ontbranden. De grootste zorg betreft yttriumlasers, omdat hun grote kracht schadelijk kan zijn voor de ogen.

geschiedenis van yttrium

De naam yttrium is afgeleid van Ytterby, een Zweeds dorp met een mijn waar vier zeldzame aardmetalen werden ontdekt:

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

De wetenschappelijke geschiedenis van dit dorp begint in 1789, wanneer Carl Axel Arrhenius zag een stuk zwarte steen boven een rots. Arrhenius was een jonge luitenant in het Zweedse leger en had een grote waardering voor mineralen. In eerste instantie aangenomen als wolfraam, werd de zwarte steen gestuurd naar Johan Gadolin, een vriend van Arrhenius, hoogleraar scheikunde aan de Koninklijke Academie in Turku, Finland.

Gadolin realiseerde zich dat het zwarte gesteente, van het mineraal ytterbiet (later omgedoopt tot gadoliniet, ter ere van hem), bevatte een oxide van nieuwe elementen zeldzame landen. De Zweedse chemicus Anders Gustaf Ekeberg bevestigde de ontdekking van Gadolin en noemde het yttria-oxide.

Vervolgens werd voor het eerst de yttrium-element is geïsoleerd, hoewel gemengd met andere elementen, in 1828, door Friedrich Wöhler, die gas passeerde chloor- door het mineraal gadoliniet en zo gevormd yttriumchloride (YCl₃) watervrij, dat verder werd gereduceerd tot metallisch yttrium met behulp van kalium.

Uiteindelijk bleek het zwarte gesteente dat Arrhenius ontdekte oxiden van acht zeldzame aardmetalen te bevatten:

• erbium;
• terbium;
• ytterbium;
• scandium;
• thulium;
• holmium;
• dysprosium;
• lutetium.

Opgeloste oefeningen op yttrium

vraag 1

(Unaerp-SP) Het fenomeen supergeleiding van elektriciteit, ontdekt in 1911, stond opnieuw in de belangstelling van de wetenschappelijke wereld met de bevinding van Bendnoz en Müller dat keramische materialen dit soort gedrag kunnen vertonen, waardoor deze twee een Nobelprijs kregen natuurkundigen in 1987. Een van de belangrijkste chemische elementen in de formulering van supergeleidende keramiek is yttrium:

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

Het aantal schillen en het aantal meest energetische elektronen voor yttrium wordt respectievelijk:

A) 4 en 1

B) 5 en 1

C) 4 en 2

D) 5 en 3

E) 4 en 3

Oplossing:

alternatief B

DE valentie laag van yttrium is de vijfde schil, met slechts 2 elektronen in de 5s-subschil². Er kan dus worden geconcludeerd dat yttrium 5 lagen heeft. Het meest energetische subniveau is het laatste dat in de wordt geplaatst elektronische distributie, aangezien dit een toenemende verdeling van energie is. Daarom is het meest energetische subniveau 4d¹, die maar 1 elektron heeft.

vraag 2

Yttriumoxide, Y₂DE₃, is een verbinding die wordt gebruikt om supergeleidende keramiek te vervaardigen, zoals YBCO, dat yttrium, barium, koper en zuurstof bevat. Bij de vorming van de supergeleider behoudt yttrium hetzelfde oxidatiegetal als in yttriumoxide. Dit oxidatiegetal is gelijk aan:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Oplossing:

alternatief C

Zoals zuurstof, in oxiden, oxidatie nummer (de lading die het ion verkrijgt bij het uitvoeren van de ionische binding) gelijk aan -2, de berekening van het oxidatiegetal van yttrium kan als volgt worden gedaan:

2x + 3 (-2) = 0

Waar x het oxidatiegetal van yttrium is dat moet worden berekend, is de vergelijking moet op nul worden ingesteld, omdat het oxide elektrisch neutraal is en niet a ion.

De berekeningen correct uitvoeren:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

We hebben dat de waarde van x gelijk is aan +3.

afbeelding tegoed

[1] gedachten van vreugde / rolluiken

[2] KameleonsOog / rolluiken

Door Stefano Araújo Novais
Scheikundeleraar