Ytriu (Y): aplicații, precauții, istoric

THE ytriu, simbolul Y și numar atomic 39, este un metal de culoare argintie situat în Grupa 3 din Tabelul Periodic, chiar sub scandiu, simbolul Sc. Cu toate acestea, din punct de vedere chimic, ytriul este foarte asemănător cu lantanul și alte lantanide, fiind considerat un membru al grupului metalelor pământurilor rare.

Acest metal a fost utilizat pe scară largă la fabricarea ecranelor de televiziune vechi și, de asemenea, a modelelor LCD mai moderne, deoarece acest element ajută la generarea culorilor primare. De asemenea, are aplicații industriale relevante, cum ar fi în fabricarea catalizatorilor, laserelor, ceramicii și supraconductorilor, care sunt materiale fără rezistență electrică.

Vezi si: Aur - element chimic cu o excelentă capacitate de conducere electrică

rezumat despre ytriu

• Ytriul este un metal argintiu situat în grupa 3 a Tabelul periodic
• În ciuda faptului că nu se află în blocul f, ytriul este considerat un metal de pământ rar.
• Principalele sale surse de minerale sunt:
  • monazit;
  • bastnazit;
  • xenotimie;
  • gadolinitul.
• Este utilizat pe scară largă în domeniul electronicii datorită proprietăților sale luminiscente.
• Este folosit și la fabricarea laserelor.
• Compușii de ytriu pot fi folosiți ca supraconductori, ceea ce a permis avansarea tehnicii levitației magnetice.
• Ytriul a fost descoperit în satul suedez Ytterby, locul descoperirii mai multor metale pământurile rare ale tabelului periodic.

Nu te opri acum... Mai sunt dupa anunt ;)

Proprietățile ytriului

• Simbol: Y.
• Numar atomic: 39.
• Masă atomică: 88.906 c.u.
• Electronegativitate: 1,2.
• Punct de fuziune: 1530°C.
• Punct de fierbere: 3264°C.
• Densitate: 4,5 g.cm^-3 (la 20°C).
• Configuratie electronica: [Kr] 5s² 4d¹.
• Seria chimică: grupa 3; metale de tranziție; metale pământuri rare.

caracteristicile ytriului

Ytriul este un metal de culoare argintie și strălucitoare. considerat stabil în contact cu aerul, deoarece un strat subțire de oxid se formeaza pe suprafata sa, impiedicand atacul substantei metalice de sub ea. Cu toate acestea, acest strat ajunge să diminueze strălucirea metalului.

Ytriu în forma sa metalică.

În ceea ce privește reactivitatea, ytriul poate reacționa:

• cu halogeni, la temperatura camerei;
• cu oxigen gazos și cu cele mai multe nemetale, sub încălzire:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂THE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃, cu X = F, Cl, Br și I

În plus, ytriul reacționează lent și cu apa rece și se dizolvă în acizi diluat, eliberând gaz hidrogen.

Fiind asemănătoare cu lantanul și alte lantanide, chimia descrisă și cunoscută pentru ytriu este cea în care are o stare de oxidare egală cu +3, când acest element își pierde cei trei electroni de valență (4s² și 5d¹).

Citeste si: Bariu - metal alcalino-pământos cunoscut pentru toxicitatea sa

Unde poate fi găsit ytriul?

ytriul poate apărea în multe minerale concomitent cu alte metale pământuri rare. Unul dintre aceste minerale este monazit, un fosfat care poate conține, pe lângă ytriu în sine, mai multe dintre aceste elemente, cum ar fi:

• ceriu (Ce);
• lantan (La);
• neodim (Nd);
• praseodimiu (Pr);
• toriu (Th).

Monazitul este unul dintre minereurile care pot fi o sursă de ytriu.

Alte minerale posibile de ytriu sunt:

• bastnazit (un fluorocarbon din pământuri rare);
• xenotimie (un ortofosfat de ytriu, cunoscut și sub denumirea de xenotim sau xenotimiu);
• gadolinit (un silicat de pământuri rare, cunoscut și sub numele de itterbit).

Bastnazit, un mineral care conține mai multe pământuri rare, inclusiv ytriu.

Compoziția este variată, dar se presupune că un minereu bogat în ytriu are aproximativ 1% din masă element.

Poate fi obținut în mai multe moduri. Metodologia clasică a Obținerea implică leșierea acidă sau bazică (spălare), care generează soluții de ytriu, folosind:

• acid clorhidric;
• acid sulfuric;
• hidroxid de sodiu.

Cu toate acestea, levigarea nu este atât de selectivă, deoarece creează o soluție cu toate pământurile rare ale mineralului. Prin urmare, după cel de-al Doilea Război Mondial, s-au realizat tehnici mai rafinate de separare, prin schimb ionic, de exemplu, care a asigurat selectivitatea care a lipsit, făcând posibilă separarea diferitelor metale prezente în minerale.

Pentru a obține ytriu în forma sa pură (metalică), Compușii YF ar trebui reduse₃ sau YCl₃, care ar trebui făcut cu calciu sau potasiu, respectiv.

Aplicații cu ytriu

Ytriul are aplicații de mare importanță în domeniul electronicii. La fel ca mulți pământuri rare, compușii de ytriu, cum ar fi Y₂THE₃, au proprietăți luminiscente (emite lumină la un stimul, cum ar fi a radiatii ionizante), cunoscut și sub numele de fosfor. Fosforii de ytriu au fost aplicat tuburilor de televiziune culori pentru a produce culorile primare verde, albastru și roșu.

Acești compuși pot fi utilizați în alte materiale decât televizoare. Este posibil să le folosiți la fabricarea fibre optice, lămpi fluorescente, LED-uri, vopsele, lacuri, ecrane de calculator etc.

Datorită proprietăților sale luminiscente, ytriul poate fi folosit și în fabricarea laserelor, ca și în cazul laserului Nd: YAG, al cărui acronim înseamnă granat de ytriu (o clasă de minerale) și aluminiu, cu formula Y₃Al₅THE₁₂, dopat cu neodim (Nd).

Merită să ne amintim că laserul este un tip de emisie de lumină caracteristică, monocromatică, adică cu o lungime de val specific. În cazul Nd: YAG, neodim, fiind sub formă de ion Nd³⁺, este responsabil pentru emisia de lumină laser, în timp ce cristalele YAG sunt responsabile pentru a fi matricea solidă.

Acest laser de mare putere poate fi utilizat:

• în procedurile chirurgicale de medicină și stomatologie;
• în comunicațiile digitale;
• în măsurarea temperaturii și a distanței;
• în mașini de tăiat industriale;
• în microsuduri;
• în experimente din domeniul fotochimiei.

Procedura dermatologica cu laser. [1]

O aplicatie comuna in medicina este in domeniul oftalmologiei, unde laserul este aplicat in tratamentul dezlipirii de retina si pentru corectarea miopiei. În dermatologie, este folosit pentru exfolierea pielii.

Ytriul este, de asemenea folosit la supraconductori. Asta pentru că în 1987, fizicienii americani au descoperit proprietățile supraconductoare ale unui compus de ytriu, Y_1,2ba_0,8CuO₄, numit de obicei YBCO. Tu supraconductori sunt materiale capabile să conducă electricitate fără rezistență, la o temperatură foarte scăzută, cunoscută sub denumirea de temperatură critică.

Demonstrarea levitației magnetice cu un supraconductor.

În cazul YBCO, temperatura critică (supraconductoare) este de 93 K (-180 °C), peste temperatura de fierbere a azot lichid, care este de 77 K (-196 °C). Acest lucru a facilitat foarte mult utilizarea sa, deoarece supraconductorii anteriori, cum ar fi lantanul (La₂CuO₃), a avut o temperatură critică în intervalul de 35 K (-238 °C), necesitând răcire cu heliu lichid, care este mai scump decât azotul.

Supraconductorii sunt în centrul efectului de levitație magnetică (sau cuantică), în care a camp magnetic (magnetul) permite levitația supraconductorului, explicată prin efectul Meissner. O astfel de tehnologie a fost explorată pentru producția de trenuri Maglev, care plutesc pe șine.

Tren Maglev în Shanghai, China. [2]

Ytriul are și alte aplicații, cum ar fi producție de catalizatori și ceramică. Ceramica cu ytriu este folosită ca materiale abrazive și refractare (rezistente la temperaturi ridicate) pentru producerea:

• senzori de oxigen în mașini;
• straturi de protecție ale motoarelor cu reacție;
• instrumente de tăiere cu rezistență la coroziune și uzură.

Aflați mai multe:Electromagnetism - studiul electricității, magnetismului și relațiilor lor

precauții cu ytriu

În ciuda faptului că nu este un material toxic sau cancerigen, inhalarea, ingerarea sau atingerea ytriului poate provoca iritații și daune la plămâni. Sub formă de pulbere, ytriul se poate aprinde. Cea mai mare îngrijorare este în legătură cu laserele cu ytriu, deoarece puterea lor mare poate fi dăunătoare ochilor.

istoria ytriului

Numele de ytriu derivă de la Ytterby, un sat suedez care conține o mină în care au fost descoperite patru metale de pământuri rare:

• ytriu;
• iterbiu;
• erbiu;
• iterbiu.

Istoria științifică a acestui sat începe în 1789, când Carl Axel Arrhenius a observat o bucată de piatră neagră peste o stâncă. Arrhenius era un tânăr locotenent în armata suedeză și avea o mare apreciere pentru minerale. Inițial presupus ca tungsten, roca neagră a fost trimisă lui Johan Gadolin, un prieten al lui Arrhenius, profesor de chimie la Academia Regală din Turku, Finlanda.

Gadolin și-a dat seama că roca neagră, din mineralul itterbit (rebotezat ulterior gadolinit, în onoarea sa), conţinea un oxid de elemente noi Ținuturi rare. Chimistul suedez Anders Gustaf Ekeberg a confirmat descoperirea lui Gadolin și a numit-o oxid de ytria.

Ulterior, pentru prima dată elementul de ytriu a fost izolat, deși amestecat cu alte elemente, în 1828, de Friedrich Wöhler, care a trecut gazul clor de mineralul gadolinit și astfel a format clorură de ytriu (YCl₃) anhidru, care a fost redus în continuare la ytriu metalic folosind potasiu.

În cele din urmă, s-a descoperit că roca neagră descoperită de Arrhenius conține oxizi ai opt metale pământuri rare:

• erbiu;
• terbiu;
• iterbiu;
• scandiu;
• tuliu;
• holmiu;
• disprozie;
• lutețiu.

Exerciții rezolvate pe ytriu

intrebarea 1

(Unaerp-SP) Fenomenul de supraconducție a electricității, descoperit în 1911, a fost din nou obiectul atenției lumii științifice cu constatarea de către Bendnoz și Müller că materialele ceramice pot prezenta acest tip de comportament, câștigând un premiu Nobel celor doi fizicieni în 1987. Unul dintre cele mai importante elemente chimice în formularea ceramicii supraconductoare este ytriul:

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

Numărul de învelișuri și numărul celor mai energici electroni pentru ytriu vor fi, respectiv:

A) 4 și 1

B) 5 și 1

C) 4 și 2

D) 5 și 3

E) 4 și 3

Rezoluţie:

Alternativa B

THE strat de valență de ytriu este a cincea înveliș, având doar 2 electroni în subshell 5s². Astfel, se poate concluziona că ytriul are 5 straturi. Cel mai energetic subnivel este ultimul care este plasat în distributie electronica, deoarece aceasta este o distribuție în ordine crescătoare a energiei. Prin urmare, cel mai energetic subnivel este 4d¹, care are doar 1 electron.

intrebarea 2

Oxid de ytriu, Y₂THE₃, este un compus utilizat pentru fabricarea ceramicii supraconductoare, cum ar fi YBCO, care are ytriu, bariu, cupru și oxigen. La formarea supraconductorului, ytriul menține același număr de oxidare pe care îl are în oxidul de ytriu. Acest număr de oxidare este egal cu:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Rezoluţie:

Alternativa C

Deoarece oxigenul are, în oxizi, numărul de oxidare (sarcina pe care ionul o dobândește la realizarea legăturii ionice) egală cu -2, calculul numărului de oxidare al ytriului se poate face astfel:

2x + 3 (-2) = 0

Unde x este numărul de oxidare al ytriului de calculat, ecuaţie trebuie setat egal cu zero, deoarece oxidul este neutru din punct de vedere electric, nefiind a ion.

Efectuarea corectă a calculelor:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Avem că valoarea lui x este egală cu +3.

credit de imagine

[1] gânduri de bucurie / oblon

[2] CameleoniOchi / oblon

De Stefano Araújo Novais
Profesor de chimie