Yttrium (Y): aplikácie, preventívne opatrenia, história

THE ytrium, symbol Y a atómové číslo 39, je strieborný kov, ktorý sa nachádza v skupine 3 periodickej tabuľky, tesne pod skandium, symbol Sc. Chemicky je však ytrium veľmi podobné lantánu a iným lantanoidom, pričom sa považuje za člena skupiny kovov vzácnych zemín.

Tento kov bol široko používaný pri výrobe starých televíznych obrazoviek a tiež modernejších modelov LCD, pretože tento prvok pomáha pri vytváraní základných farieb. Má tiež relevantné priemyselné aplikácie, ako napríklad pri výrobe katalyzátorov, laserov, keramiky a supravodičov, čo sú materiály bez elektrický odpor.

Pozri tiež: Zlato — chemický prvok s vynikajúcou elektrickou vodivosťou

zhrnutie o ytriu

• Yttrium je strieborný kov nachádzajúci sa v skupine 3 Periodická tabuľka
• Napriek tomu, že ytrium nie je v bloku f, považuje sa za kov vzácnych zemín.
• Jeho hlavné minerálne zdroje sú:
  • monazit;
  • bastnasit;
  • xenotýmia;
  • gadolinitu.
• Je široko používaný v oblasti elektroniky kvôli svojim luminiscenčným vlastnostiam.
• Používa sa aj pri výrobe laserov.
• Zlúčeniny ytria môžu byť použité ako supravodiče, čo umožnilo pokrok v technike magnetickej levitácie.
• Yttrium bolo objavené vo švédskej dedine Ytterby, kde boli objavené viaceré kovy vzácnych zemín periodickej tabuľky.

Vlastnosti ytria

• Symbol: Y.
• Atómové číslo: 39.
• Atómová hmotnosť: 88 906 c.u.
• Elektronegativita: 1,2.
• Fúzny bod: 1530 °C.
• Bod varu: 3264 °C.
• Hustota: 4,5 g.cm^-3 (pri 20 °C).
• Elektronická konfigurácia: [Kr] 5 s² 4d¹.
• Chemická séria: skupina 3; prechodné kovy; kovy vzácnych zemín.

vlastnosti ytria

Yttrium je strieborný a lesklý kov. považovaný za stabilný pri kontakte so vzduchom, keďže tenká vrstva oxid sa na jej povrchu vytvorí, čím sa zabráni napadnutiu kovovej látky pod ňou. Táto vrstva však nakoniec znižuje lesk kovu.

Ytrium vo svojej kovovej forme.

Pokiaľ ide o reaktivitu, ytrium môže reagovať:

• s halogénypri teplote miestnosti;
• s plynným kyslíkom a s väčšinou nekovy, pri zahrievaní:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂THE₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃s X = F, Cl, Br a I

Okrem toho ytrium pomaly reaguje aj so studenou vodou a rozpúšťa sa v kyseliny zriedený, uvoľňuje plyn vodík.

Opísaná a známa chémia ytria je podobná lantánu a iným lantanoidom. má oxidačný stav rovný +3, keď tento prvok stratí svoje tri valenčné elektróny (4s² a 5d¹).

Prečítajte si tiež: Bárium - kov alkalických zemín známy svojou toxicitou

Kde sa dá nájsť ytrium?

ytrium sa môže vyskytovať v mnohých mineráloch súčasne s inými kovmi vzácnych zemín. Jedným z týchto minerálov je monazit, fosfát, ktorý môže obsahovať okrem samotného ytria aj niekoľko z týchto prvkov, ako napr.

• céru (Ce);
• lantán (La);
• neodým (Nd);
• prazeodým (Pr);
• tórium (Th).

Monazit je jednou z rúd, ktoré môžu byť zdrojom ytria.

Ďalšie možné minerály ytria sú:

• bastnasit (fluórovaný uhľovodík vzácnych zemín);
• xenotýmia (ortofosforečnan ytrium, tiež známy ako xenotým alebo xenotýmium);
• gadolinit (kremičitan vzácnych zemín, tiež známy ako ytterbit).

Bastnasit, minerál, ktorý obsahuje niekoľko vzácnych zemín vrátane ytria.

Zloženie je rôzne, ale predpokladá sa, že ruda bohatá na ytrium má asi 1 % hm. element.

Dá sa získať niekoľkými spôsobmi. Klasická metodika Získavanie zahŕňa kyslé alebo zásadité lúhovanie (premývanie), ktorá generuje roztoky ytria pomocou:

• kyselina chlorovodíková;
• kyselina sírová;
• hydroxid sodný.

Vylúhovanie však nie je také selektívne, pretože vytvára roztok so všetkými vzácnymi zeminami minerálu. Preto sa po druhej svetovej vojne vyvinuli dokonalejšie techniky separácie prostredníctvom iónovej výmeny, napríklad, ktorá poskytla chýbajúcu selektivitu, čo umožnilo oddeliť rôzne kovy prítomné v minerály.

Na získanie ytria v jeho čistej (kovovej) forme, YF zlúčeniny by sa mali znížiť₃ alebo YCl₃, s ktorým by sa malo urobiť vápnik alebo draslík, resp.

Aplikácie ytria

Yttrium má aplikácie veľmi dôležité v oblasti elektroniky. Rovnako ako mnoho vzácnych zemín, zlúčeniny ytria, ako je Y₂THE₃majú luminiscenčné vlastnosti (vyžarujú svetlo na podnet, ako napr ionizujúce žiarenie), tiež známy ako fosfor. Ytriové fosfory boli aplikované na televízne trubice farby na vytvorenie základných farieb zelenej, modrej a červenej.

Tieto zlúčeniny môžu byť použité v iných materiáloch, ako sú televízory. Je možné ich použiť pri výrobe optické vlákna, žiarivky, LED diódy, farby, laky, počítačové obrazovky atď.

Vďaka svojim luminiscenčným vlastnostiam je možné použiť aj ytrium výroba laserovako v prípade laseru Nd: YAG, ktorého skratka znamená ytriový granát (trieda minerálov) a hliník, vzorca Y₃Al₅THE₁₂, dopovaný neodýmom (Nd).

Je potrebné pripomenúť, že laser je typ charakteristického, monochromatického vyžarovania svetla, to znamená s dĺžkou mávať špecifické. V prípade Nd: YAG je neodým vo forme Nd iónu³⁺, je zodpovedný za vyžarovanie svetla laser, zatiaľ čo kryštály YAG sú zodpovedné za to, že sú pevnou matricou.

Tento vysokovýkonný laser možno použiť:

• pri chirurgických zákrokoch v medicíne a stomatológii;
• v digitálnej komunikácii;
• pri meraní teploty a vzdialenosti;
• v priemyselných rezacích strojoch;
• v mikrozvaroch;
• pri pokusoch v oblasti fotochémie.

Dermatologický postup s použitím lasera. [1]

Bežné uplatnenie v medicíne je v oblasti oftalmológie, kde sa laser používa pri liečbe odchlípení sietnice a pri korekcii krátkozrakosti. V dermatológii sa používa na exfoliáciu pokožky.

Ytrium je tiež používané v supravodičoch. Je to preto, že v roku 1987 americkí fyzici objavili supravodivé vlastnosti zlúčeniny ytria Y._1,2ba_0,8CuO₄, zvyčajne nazývaný YBCO. vy supravodiče sú materiály schopné vedenia elektriny bez odporu, pri veľmi nízkej teplote, známej ako kritická teplota.

Ukážka magnetickej levitácie so supravodičom.

V prípade YBCO je kritická (supravodivá) teplota 93 K (-180 °C), nad teplotou varu dusíka kvapalina, ktorá má 77 K (-196 °C). To značne uľahčilo jeho použitie, pretože predchádzajúce supravodiče, ako je lantán (La₂CuO₃), mala kritickú teplotu v rozsahu 35 K (-238 °C), čo si vyžadovalo chladenie tekutým héliom, ktoré je drahšie ako dusík.

Supravodiče sú jadrom magnetického (alebo kvantového) levitačného efektu, pri ktorom a magnetické pole (magnet) umožňuje levitáciu supravodiča, vysvetlenú Meissnerovým efektom. Takáto technológia bola skúmaná na výrobu vlakov Maglev, ktoré plávajú po koľajniciach.

Vlak Maglev v Šanghaji v Číne. [2]

Yttrium má aj ďalšie aplikácie, ako napr výroba katalyzátory a keramiky. Ytriová keramika sa používa ako brúsne a žiaruvzdorné materiály (odolné voči vysokým teplotám) na výrobu:

• senzory kyslík v autách;
• ochranné vrstvy prúdových motorov;
• rezné nástroje odolné voči korózii a opotrebovaniu.

Vedieť viac:Elektromagnetizmus — štúdium elektriny, magnetizmu a ich vzťahov

preventívne opatrenia s ytriom

Napriek tomu, že nejde o toxický ani karcinogénny materiál, vdýchnutie, požitie alebo dotyk ytria môže spôsobiť podráždenie a poškodenie do pľúc. Vo forme prášku sa ytrium môže vznietiť. Najväčšie obavy vyvolávajú ytriové lasery, pretože ich veľká sila môže byť škodlivá pre oči.

história ytria

Názov ytrium je odvodený od Ytterby, švédskej dediny, ktorá obsahuje baňu, kde boli objavené štyri kovy vzácnych zemín:

• ytrium;
• yterbium;
• erbium;
• ytterbium.

Vedecká história tejto obce sa začína v roku 1789, kedy Carl Axel Arrhenius si všimol kus čiernej skaly cez skalu. Arrhenius bol mladý poručík švédskej armády a veľmi si vážil minerály. Pôvodne sa predpokladalo ako volfrámČierna skala bola zaslaná Johanovi Gadolinovi, priateľovi Arrhenia, profesorovi chémie na Kráľovskej akadémii vo fínskom Turku.

Gadolin si uvedomil, že čierna hornina z minerálu ytterbit (neskôr premenovaný na gadolinit, na jeho počesť), obsahoval oxid nových prvkov vzácne krajiny. Švédsky chemik Anders Gustaf Ekeberg potvrdil Gadolinov objav a nazval ho oxid ytritý.

Následne sa po prvýkrát prvok ytria bol izolovaný, hoci zmiešaný s inými prvkami, v roku 1828 Friedrichom Wöhlerom, ktorý prešiel plyn chlór minerálom gadolinitom a takto vzniknutým chloridom ytritým (YCl₃) bezvodý, ktorý sa ďalej redukoval na kovové ytrium pomocou draslíka.

Nakoniec sa zistilo, že čierna skala, ktorú objavil Arrhenius, obsahuje oxidy ôsmich kovov vzácnych zemín:

• erbium;
• terbium;
• yterbium;
• skandium;
• thulium;
• holmium;
• dysprosium;
• lutécium.

Vyriešené cvičenia na ytriu

Otázka 1

(Unaerp-SP) Fenomén supravodivosti elektriny, objavený v roku 1911, bol opäť predmetom pozornosti vedeckého sveta s tzv. zistenie Bendnoza a Müllera, že keramické materiály môžu vykazovať tento typ správania, čím získali Nobelovu cenu pre tieto dva fyzikov v roku 1987. Jedným z najdôležitejších chemických prvkov vo formulácii supravodivej keramiky je ytrium:

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

Počet škrupín a počet najenergetickejších elektrónov pre ytrium bude:

A) 4 a 1

B) 5 a 1

C) 4 a 2

D) 5 a 3

E) 4 a 3

Rozhodnutie:

Alternatíva B

THE valenčná vrstva ytria je piaty obal, ktorý má len 2 elektróny v 5s podobale². Dá sa teda usúdiť, že ytrium má 5 vrstiev. Najenergetickejšia podúroveň je posledná umiestnená v elektronická distribúcia, pretože ide o rastúcu distribúciu energie. Najenergetickejšia podúroveň je preto 4d¹, ktorý má len 1 elektrón.

otázka 2

Oxid ytritý, Y₂THE₃, je zlúčenina používaná na výrobu supravodivej keramiky, ako je YBCO, ktorá obsahuje ytrium, bárium, meď a kyslík. Pri tvorbe supravodiča si ytrium zachováva rovnaké oxidačné číslo, aké má oxid ytritý. Toto oxidačné číslo sa rovná:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Rozhodnutie:

Alternatíva C

Ako má kyslík v oxidoch, oxidačné číslo (náboj, ktorý ión získa pri vykonávaní iónovej väzby) rovný -2, výpočet oxidačného čísla ytria je možné vykonať takto:

2x + 3 (-2) = 0

Kde x je oxidačné číslo ytria, ktoré sa má vypočítať, rovnica musí byť nastavená na nulu, pretože oxid je elektricky neutrálny, nie je a ión.

Správne výpočty:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

Máme, že hodnota x sa rovná +3.

obrazový kredit

[1] myšlienky radosti / shutterstock

[2] ChameleonsEye / shutterstock

Autor: Stefano Araújo Novais
Učiteľ chémie