Yttrium (Y): bruksområder, forholdsregler, historie

DE yttrium, symbol Y og atomnummer 39, er et sølvfarget metall som ligger i gruppe 3 i det periodiske system, rett under skandium, symbol Sc. Kjemisk er imidlertid yttrium veldig lik lantan og andre lantanider, og anses som medlem av gruppen av sjeldne jordmetaller.

Dette metallet ble mye brukt i produksjonen av gamle TV-skjermer og også av mer moderne LCD-modeller, da dette elementet hjelper til med generering av primærfarger. Den har også relevante industrielle anvendelser, for eksempel i produksjon av katalysatorer, lasere, keramikk og superledere, som er materialer uten elektrisk motstand.

Se også: Gull - kjemisk element med utmerket elektrisk ledningsevne

oppsummering om yttrium

• Yttrium er et sølvfarget metall som ligger i gruppe 3 av Periodiske tabell
• Til tross for at det ikke er i f-blokken, regnes yttrium som et sjeldent jordmetall.
• Dens viktigste mineralkilder er:
  • monazitten;
  • bastnasitt;
  • xenothymia;
  • gadolinitten.
• Det er mye brukt innen elektronikk på grunn av dets selvlysende egenskaper.
• Den brukes også til fremstilling av lasere.
• Yttriumforbindelser kan brukes som superledere, noe som tillot utviklingen av den magnetiske levitasjonsteknikken.
• Yttrium ble oppdaget i den svenske landsbyen Ytterby, stedet hvor flere ble funnet metaller sjeldne jordarter i det periodiske system.

Ikke stopp nå... Det er mer etter annonsen ;)

Yttrium egenskaper

• Symbol: Y.
• Atomnummer: 39.
• Atommasse: 88 906 c.u.
• Elektronegativitet: 1,2.
• Fusjonspunkt: 1530°C.
• Kokepunkt: 3264°C.
• Tetthet: 4,5 g.cm^-3 (ved 20°C).
• Elektronisk konfigurasjon: [Kr] 5s² 4d¹.
• Kjemisk serie: gruppe 3; overgangsmetaller; sjeldne jordmetaller.

egenskaper til yttrium

Yttrium er et sølvfarget og skinnende metall. anses stabil i kontakt med luft, siden et tynt lag av oksid dannes på overflaten, og forhindrer angrep av metallisk substans under den. Imidlertid ender dette laget opp med å redusere glansen til metallet.

Yttrium i sin metalliske form.

Når det gjelder reaktivitet, kan yttrium reagere:

• med halogener, i romtemperatur;
• med oksygengass og med det meste ikke-metaller, under oppvarming:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂DE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, med X = F, Cl, Br og I

I tillegg reagerer yttrium også sakte med kaldt vann og løses opp i syrer fortynnet, slipper ut gass hydrogen.

Den beskrevne og kjente kjemien for yttrium ligner på lantan og andre lantanider. har en oksidasjonstilstand lik +3, når dette elementet mister sine tre valenselektroner (4s² og 5d¹).

Les også: Barium - jordalkalimetall kjent for sin giftighet

Hvor kan man finne yttrium?

yttriumet kan forekomme i mange mineraler samtidig med andre sjeldne jordmetaller. Et av disse mineralene er monazitt, et fosfat som kan inneholde, i tillegg til yttrium selv, flere av disse elementene, for eksempel:

• cerium (Ce);
• lantan (La);
• neodym (Nd);
• praseodym (Pr);
• thorium (Th).

Monazitt er en av malmene som kan være en kilde til yttrium.

Andre mulige yttriummineraler er:

• bastnasite (et sjeldne jordarters fluorkarbon);
• xenothymia (et yttriumortofosfat, også kjent som xenothym eller xenothymium);
• gadolinitt (et sjeldne jordartsmetallsilikat, også kjent som ytterbitt).

Bastnasite, et mineral som inneholder flere sjeldne jordarter, inkludert yttrium.

Sammensetningen er variert, men en malm rik på yttrium antas å ha ca. 1 masseprosent av element.

Det kan fås på flere måter. Den klassiske metodikken til Innhenting involverer syre eller basisk utvasking (vasking), som genererer yttriumløsninger ved å bruke:

• saltsyre;
• svovelsyre;
• natriumhydroksid.

Utvasking er imidlertid ikke så selektiv da det skaper en løsning med alle de sjeldne jordartene i mineralet. Derfor, etter andre verdenskrig, ble det laget mer raffinerte teknikker for separasjon, gjennom ionebytting, for eksempel, noe som ga selektiviteten som manglet, noe som gjorde det mulig å skille de ulike metallene som er tilstede i mineraler.

For å oppnå yttrium i sin rene (metalliske) form, YF-forbindelser bør reduseres₃ eller YCl₃, som bør gjøres med kalsium eller kalium, henholdsvis.

Yttrium-applikasjoner

Yttrium har applikasjoner av stor betydning innen elektronikk. Som mange sjeldne jordarter, yttriumforbindelser som Y₂DE₃, har selvlysende egenskaper (avgir lys ved en stimulus, for eksempel en ioniserende stråling), også kjent som fosfor. Yttriumfosfor var brukes på TV-rør farger for å produsere primærfargene grønn, blå og rød.

Disse forbindelsene kan brukes i andre materialer enn fjernsyn. Det er mulig å bruke dem til fremstilling av optiske fibre, fluorescerende lamper, LED, maling, lakk, dataskjermer etc.

På grunn av sine selvlysende egenskaper kan yttrium også brukes i produksjon av lasere, som i tilfellet med Nd: YAG-laseren, hvis akronym står for yttriumgranat (en mineralklasse) og aluminium, med formel Y₃Al₅DE₁₂, dopet med neodym (Nd).

Det er verdt å huske at laser er en type karakteristisk, monokromatisk lysutslipp, det vil si med en lengde på bølge spesifikk. Når det gjelder Nd: YAG, er neodym, i form av Nd-ion³⁺, er ansvarlig for utslipp av lys laser, mens YAG-krystallene er ansvarlige for å være den faste matrisen.

Denne høyeffektlaseren kan brukes:

• i kirurgiske prosedyrer for medisin og tannbehandling;
• innen digital kommunikasjon;
• i måling av temperatur og avstand;
• i industrielle skjæremaskiner;
• i mikrosveis;
• i eksperimenter innen fotokjemi.

Dermatologisk prosedyre ved bruk av laser. [1]

En vanlig anvendelse innen medisin er innen oftalmologi, hvor laseren brukes i behandling av netthinneløsning og for korrigering av nærsynthet. I dermatologi brukes det til å eksfoliere huden.

Yttrium er også brukes i superledere. Det er fordi amerikanske fysikere i 1987 oppdaget de superledende egenskapene til en yttriumforbindelse, Y_1,2ba_0,8CuO₄, vanligvis kalt YBCO. Du superledere er materialer i stand til å lede elektrisitet uten motstand, ved en veldig lav temperatur, kjent som den kritiske temperaturen.

Demonstrasjon av magnetisk levitasjon med en superleder.

Når det gjelder YBCO, er den kritiske (superledende) temperaturen 93 K (-180 °C), over koketemperaturen på nitrogen væske, som er 77 K (-196 °C). Dette lettet bruken betydelig, siden tidligere superledere, som lantan (La₂CuO₃), hadde en kritisk temperatur i området 35 K (-238 °C), som krever avkjøling med flytende helium, som er dyrere enn nitrogen.

Superledere er kjernen i den magnetiske (eller kvante) levitasjonseffekten, der en magnetfelt (magnet) tillater levitasjon av superlederen, forklart av Meissner-effekten. Slik teknologi ble utforsket for produksjon av Maglev-tog, som flyter på skinnene.

Maglev-tog i Shanghai, Kina. [2]

Yttrium har også andre applikasjoner, som f.eks produksjon av katalysatorer og keramikk. Yttriumkeramikk brukes som slipemidler og ildfaste materialer (motstandsdyktig mot høye temperaturer) for produksjon av:

• sensorer av oksygen i biler;
• beskyttende lag av jetmotorer;
• skjæreinstrumenter med korrosjons- og slitestyrke.

Vite mer:Elektromagnetisme - studie av elektrisitet, magnetisme og deres forhold

forholdsregler med yttrium

Til tross for at det ikke er et giftig eller kreftfremkallende materiale, innånding, inntak eller berøring av yttrium kan forårsake irritasjon og skade til lungene. I pulverform kan yttrium antennes. Den største bekymringen er i forhold til yttriumlasere, da deres store kraft kan være skadelig for øynene.

historie av yttrium

Navnet yttrium stammer fra Ytterby, en svensk landsby som inneholder en gruve der fire sjeldne jordmetaller ble oppdaget:

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

Den vitenskapelige historien til denne landsbyen begynner i 1789, da Carl Axel Arrhenius la merke til en del svart stein over en stein. Arrhenius var en ung løytnant i den svenske hæren og satte stor pris på mineraler. Opprinnelig antatt som wolfram, ble den svarte steinen sendt til Johan Gadolin, en venn av Arrhenius, professor i kjemi ved Royal Academy i Turku, Finland.

Gadolin innså at den svarte bergarten, fra mineralet ytterbitt (senere omdøpt til gadolinitt, til hans ære), inneholdt et oksid av nye grunnstoffer sjeldne land. Den svenske kjemikeren Anders Gustaf Ekeberg bekreftet Gadolins oppdagelse og kalte det yttrioksid.

Deretter, for første gang yttriumelementet ble isolert, selv om det var blandet med andre elementer, i 1828, av Friedrich Wöhler, som passerte gass klor av mineralet gadolinitt og dannet dermed yttriumklorid (YCl₃) vannfri, som ble ytterligere redusert til metallisk yttrium ved bruk av kalium.

Til slutt ble den svarte bergarten oppdaget av Arrhenius funnet å inneholde oksider av åtte sjeldne jordmetaller:

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

Løste øvelser på yttrium

Spørsmål 1

(Unaerp-SP) Fenomenet superledning av elektrisitet, oppdaget i 1911, var igjen gjenstand for oppmerksomhet fra den vitenskapelige verden med funnet av Bendnoz og Müller at keramiske materialer kan vise denne typen oppførsel, og får en Nobelpris til disse to fysikere i 1987. Et av de viktigste kjemiske elementene i formuleringen av superledende keramikk er yttrium:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3 s⁶ 4s² 3d¹⁰ 4 s⁶ 5s²4d¹

Antall skjell og antall mest energiske elektroner for yttrium vil være henholdsvis:

A) 4 og 1

B) 5 og 1

C) 4 og 2

D) 5 og 3

E) 4 og 3

Vedtak:

Alternativ B

DE valenslag av yttrium er det femte skallet, og har bare 2 elektroner i 5s underskallet². Dermed kan det konkluderes med at yttrium har 5 lag. Det mest energiske undernivået er det siste som er plassert i elektronisk distribusjon, da dette er en økende ordrefordeling av energi. Derfor er det mest energiske undernivået 4d¹, som bare har 1 elektron.

spørsmål 2

Yttriumoksid, Y₂DE₃, er en forbindelse som brukes til å produsere superledende keramikk, som YBCO, som har yttrium, barium, kobber og oksygen. Ved dannelsen av superlederen opprettholder yttrium det samme oksidasjonstallet som det har i yttriumoksid. Dette oksidasjonstallet er lik:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Vedtak:

Alternativ C

Som oksygen har, i oksider, oksidasjonsnummer (ladningen som ionet får når den utfører ionbindingen) lik -2, kan beregningen av oksidasjonstallet til yttrium gjøres som følger:

2x + 3 (-2) = 0

Hvor x er oksidasjonstallet for yttrium som skal beregnes, er ligning må settes lik null, fordi oksidet er elektrisk nøytralt, ikke er a ion.

Gjør beregningene riktig:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Vi har at verdien av x er lik +3.

bildekreditt

[1] tanker om glede / lukkerstokk

[2] ChameleonsEye / lukkerstokk

Av Stefano Araújo Novais
Kjemilærer