อิตเทรียม (Y): การใช้งาน ข้อควรระวัง ประวัติ

เธ อิตเทรียม, สัญลักษณ์ Y และ เลขอะตอม 39 เป็นโลหะสีเงิน จัดอยู่ในกลุ่มที่ 3 ของตารางธาตุ ด้านล่าง สแกนเดียม, สัญลักษณ์ ส. อย่างไรก็ตาม ในทางเคมี อิตเทรียมมีความคล้ายคลึงกับแลนทานัมและแลนทาไนด์อื่นๆ มาก โดยถือว่าเป็นสมาชิกของกลุ่มโลหะแรร์เอิร์ท

โลหะนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตหน้าจอโทรทัศน์รุ่นเก่าและ LCD รุ่นที่ทันสมัยกว่าด้วย เนื่องจากองค์ประกอบนี้ช่วยในการสร้างสีหลัก นอกจากนี้ยังมีการใช้งานในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง เช่น ในการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยา เลเซอร์ เซรามิก และตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่มี ความต้านทานไฟฟ้า.

ดูด้วย: ทอง — องค์ประกอบทางเคมีที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม

สรุปเกี่ยวกับอิตเทรียม

• อิตเทรียมเป็นโลหะสีเงินที่อยู่ในกลุ่มที่ 3 ของ ตารางธาตุ
• แม้จะไม่ได้อยู่ในบล็อก f แต่อิตเทรียมถือเป็นโลหะหายาก
• แหล่งแร่หลักของมันคือ:
  • โมนาไซต์;
  • เบสท์นาไซต์;
  • ซีโนไทเมีย;
  • แกโดลิไนต์
• มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเรืองแสง
• นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตเลเซอร์
• สารประกอบอิตเทรียมสามารถใช้เป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งทำให้เกิดความก้าวหน้าของเทคนิคการลอยด้วยแม่เหล็ก
• อิตเทรียมถูกค้นพบในหมู่บ้านอิตเตอร์บีของสวีเดน ซึ่งเป็นที่ตั้งของการค้นพบหลายแห่ง
  โลหะ ธาตุหายากของตารางธาตุ

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

คุณสมบัติของอิตเทรียม

• สัญลักษณ์: ย.
• เลขอะตอม: 39.
• มวลอะตอม: 88,906 คิว
• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 1,2.
• จุดหลอมเหลว: 1530 องศาเซลเซียส
• จุดเดือด: 3264°C
• ความหนาแน่น: 4.5 ก.ซม.^-3 (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส)
• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Kr] 5s² 4 วัน¹.
• ชุดเคมี: กลุ่ม 3; โลหะทรานซิชัน; โลหะที่หายาก

ลักษณะของอิตเทรียม

อิตเทรียมเป็นโลหะสีเงินและเป็นมันเงา ถือว่าเสถียรเมื่อสัมผัสกับอากาศเนื่องจากชั้นบางๆของ ออกไซด์ ก่อตัวบนพื้นผิว ป้องกันการโจมตีของสารโลหะที่อยู่ด้านล่าง อย่างไรก็ตาม ชั้นนี้ทำให้ความเงางามของโลหะลดลง

อิตเทรียมในรูปแบบโลหะ

สำหรับปฏิกิริยาอิตเทรียมสามารถทำปฏิกิริยาได้:

• กับ ฮาโลเจน, ที่อุณหภูมิห้อง
• ด้วยก๊าซออกซิเจนและส่วนใหญ่ อโลหะ, ภายใต้ความร้อน:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 ปี₂เธ₃
  • 2 Y + 3 X₂ → 2 YX₃โดย X = F, Cl, Br และ I

นอกจากนี้ อิตเทรียมยังทำปฏิกิริยาช้ากับน้ำเย็นและ ละลายใน กรด เจือจาง, ปล่อยแก๊ส ไฮโดรเจน.

คล้ายกับแลนทานัมและแลนทาไนด์อื่น ๆ เคมีที่อธิบายและรู้จักสำหรับอิตเทรียมเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่มัน มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +3เมื่อธาตุนี้สูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนไปสามตัว (4s² และ 5d¹).

อ่านด้วย: แบเรียม — โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธที่ขึ้นชื่อเรื่องความเป็นพิษ

อิตเทรียมสามารถพบได้ที่ไหน?

อิตเทรียม เกิดได้ในแร่ธาตุหลายชนิด ร่วมกับโลหะแรร์เอิร์ธอื่นๆ หนึ่งในแร่ธาตุเหล่านี้คือ โมนาไซต์ ซึ่งเป็นฟอสเฟตที่อาจประกอบด้วยอิตเทรียมเอง หลายองค์ประกอบเหล่านี้ เช่น:

• ซีเรียม (ซี);
• แลนทานัม (ลา);
• นีโอดิเมียม (Nd);
• praseodymium (Pr);
• ทอเรียม (Th).

โมนาไซต์เป็นแร่ชนิดหนึ่งที่เป็นแหล่งของอิตเทรียม

แร่ธาตุอิตเทรียมอื่น ๆ ที่เป็นไปได้คือ:

• bastnasite (ฟลูออโรคาร์บอนที่หายาก);
• ซีโนไทเมีย (อิตเทรียมออร์โธฟอสเฟตหรือที่เรียกว่าซีโนไทมหรือซีโนไทเมียม);
• แกโดลิไนต์ (แร่หายากซิลิเกตหรือที่เรียกว่าอิตเทอร์ไบท์)

Bastnasite แร่ธาตุที่มีแร่หายากหลายชนิด รวมทั้งอิตเทรียม

องค์ประกอบมีความหลากหลาย แต่แร่ที่อุดมไปด้วยอิตเทรียมจะถือว่ามีประมาณ 1% โดยมวลของ องค์ประกอบ.

สามารถรับได้หลายวิธี วิธีการแบบคลาสสิกของ การได้มานั้นเกี่ยวข้องกับการชะล้างด้วยกรดหรือด่าง (การล้าง)ซึ่งสร้างสารละลายอิตเทรียมโดยใช้:

• กรดไฮโดรคลอริก;
• กรดซัลฟูริก;
• โซเดียมไฮดรอกไซด์.

อย่างไรก็ตาม การชะล้างนั้นไม่ได้เลือกสรรมากนักเนื่องจากจะสร้างสารละลายกับแร่ธาตุหายากทั้งหมด ดังนั้นหลังสงครามโลกครั้งที่สองจึงมีการสร้างเทคนิคการแยกตัวที่ละเอียดยิ่งขึ้นผ่านการแลกเปลี่ยนไอออน ตัวอย่างเช่น ซึ่งให้การคัดเลือกที่ขาด ทำให้สามารถแยกโลหะต่าง ๆ ที่มีอยู่ใน แร่ธาตุ

เพื่อให้ได้อิตเทรียมในรูปแบบบริสุทธิ์ (โลหะ) สารประกอบ YF ควรลดลง₃ หรือ YCl₃ซึ่งควรทำด้วย แคลเซียม หรือ โพแทสเซียมตามลำดับ

การประยุกต์ใช้อิตเทรียม

อิตเทรียมมีการใช้งานที่มีความสำคัญอย่างมากในด้านอิเล็กทรอนิกส์ เช่นเดียวกับธาตุหายากหลายชนิด สารประกอบอิตเทรียม เช่น Y₂เธ₃มีคุณสมบัติเรืองแสง (เปล่งแสงเมื่อกระตุ้น เช่น a รังสีไอออไนซ์) หรือที่เรียกว่าสารเรืองแสง อิตเทรียมฟอสเฟอร์คือ นำไปใช้กับหลอดโทรทัศน์ สีเพื่อสร้างสีหลัก สีเขียว สีฟ้า และสีแดง

สารประกอบเหล่านี้สามารถใช้ในวัสดุอื่นที่ไม่ใช่โทรทัศน์ สามารถใช้ในการผลิต ใยแก้วนำแสง, หลอดฟลูออเรสเซนต์, ไฟ LED, สี, วาร์นิช, จอคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

เนื่องจากคุณสมบัติการเรืองแสง อิตเทรียมยังสามารถนำมาใช้ใน การผลิตเลเซอร์เช่นในกรณีของเลเซอร์ Nd: YAG ซึ่งย่อมาจาก yttrium garnet (ชั้นแร่) และ อลูมิเนียม, ของสูตร Y₃อัล₅เธ₁₂, เจือด้วยนีโอไดเมียม (Nd)

เป็นที่น่าจดจำว่าเลเซอร์เป็นลักษณะการเปล่งแสงแบบเอกรงค์นั่นคือมีความยาวของ คลื่น เฉพาะเจาะจง. ในกรณีของ Nd: YAG นีโอไดเมียมจะอยู่ในรูปของ Nd ion³⁺, มีหน้าที่ในการปล่อยแสง เลเซอร์ในขณะที่คริสตัล YAG มีหน้าที่ในการเป็นเมทริกซ์ที่เป็นของแข็ง

เลเซอร์กำลังสูงนี้สามารถใช้ได้:

• ในขั้นตอนการผ่าตัดของยาและทันตกรรม
• ในการสื่อสารดิจิทัล
• ในการวัดอุณหภูมิและระยะทาง
• ในเครื่องตัดอุตสาหกรรม
• ในไมโครเวลล์;
• ในการทดลองด้านเคมีแสง

การทำหัตถการทางผิวหนังด้วยเลเซอร์ [1]

การใช้งานทั่วไปในด้านการแพทย์คือด้านจักษุวิทยาซึ่งเลเซอร์ถูกนำไปใช้ในการรักษาจอประสาทตาลอกออกและสำหรับการแก้ไขสายตาสั้น ในโรคผิวหนังจะใช้เพื่อผลัดเซลล์ผิว

อิตเทรียมก็เช่นกัน ใช้ในตัวนำยิ่งยวด. นั่นเป็นเพราะในปี 1987 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันได้ค้นพบคุณสมบัติการนำยิ่งยวดของสารประกอบอิตเทรียม Y_1,2ba_0,8CuO₄มักจะเรียกว่า YBCO คุณ ตัวนำยิ่งยวด เป็นวัสดุที่สามารถนำ ไฟฟ้า โดยไม่มีความต้านทาน ที่อุณหภูมิต่ำมาก เรียกว่าอุณหภูมิวิกฤต

สาธิตการลอยตัวด้วยแม่เหล็กกับตัวนำยิ่งยวด

ในกรณีของ YBCO อุณหภูมิวิกฤต (ตัวนำยิ่งยวด) คือ 93 K (-180 °C) เหนืออุณหภูมิเดือดของ ไนโตรเจน ของเหลว ซึ่งมีค่าเท่ากับ 77 K (-196 °C) สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการใช้งานอย่างมาก เนื่องจากตัวนำยิ่งยวดรุ่นก่อน เช่น แลนทานัม (La₂CuO₃) มีอุณหภูมิวิกฤตในช่วง 35 K (-238 °C) ซึ่งต้องระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลว ซึ่งมีราคาแพงกว่าไนโตรเจน

ตัวนำยิ่งยวดเป็นหัวใจของปรากฏการณ์การลอยตัวของแม่เหล็ก (หรือควอนตัม) ซึ่ง a สนามแม่เหล็ก (แม่เหล็ก) ช่วยให้การลอยตัวของตัวนำยิ่งยวด อธิบายโดยเอฟเฟกต์ไมส์เนอร์ เทคโนโลยีดังกล่าวถูกสำรวจสำหรับการผลิตรถไฟ Maglev ซึ่งลอยอยู่บนรางรถไฟ

รถไฟ Maglev ในเมืองเซี่ยงไฮ้ ประเทศจีน [2]

อิตเทรียมยังมีแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ เช่น ผลผลิตของ ตัวเร่งปฏิกิริยา และเซรามิกส์. เซรามิกอิตเทรียมใช้เป็นวัสดุกัดกร่อนและวัสดุทนไฟ (ทนต่ออุณหภูมิสูง) สำหรับการผลิต:

• เซ็นเซอร์ของ ออกซิเจน ในรถยนต์
• ชั้นป้องกันของเครื่องยนต์เจ็ท
• เครื่องมือตัดที่มีความต้านทานการกัดกร่อนและการสึกหรอ

เรียนรู้เพิ่มเติม:แม่เหล็กไฟฟ้า — การศึกษาไฟฟ้า แม่เหล็กและความสัมพันธ์

ข้อควรระวังเกี่ยวกับอิตเทรียม

แม้จะไม่ใช่วัตถุที่เป็นพิษหรือเป็นสารก่อมะเร็ง การสูดดม กลืนกิน หรือสัมผัสอิตเทรียมอาจทำให้เกิดการระคายเคืองและความเสียหาย สู่ปอด ในรูปแบบผง อิตเทรียมสามารถจุดไฟได้ ความกังวลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกี่ยวกับเลเซอร์อิตเทรียม เนื่องจากพลังอันยิ่งใหญ่ของเลเซอร์อาจเป็นอันตรายต่อดวงตาได้

ประวัติของอิตเทรียม

ชื่ออิตเทรียมมาจากอิตเตอร์บี หมู่บ้านในสวีเดนที่มีเหมืองซึ่งมีการค้นพบโลหะหายากสี่ชนิด:

• อิตเทรียม;
• อิตเทอร์เบียม;
• เออร์เบียม;
• อิตเทอร์เบียม.

ประวัติศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์ของหมู่บ้านนี้เริ่มต้นในปี 1789 เมื่อ Carl Axel อาร์เรเนียสสังเกตเห็นก้อนหินสีดำ เหนือหิน อาร์เรเนียสเป็นร้อยตรีหนุ่มในกองทัพสวีเดนและชื่นชมแร่ธาตุเป็นอย่างมาก เริ่มแรกสันนิษฐานว่าเป็น ทังสเตน, หินดำถูกส่งไปยัง Johan Gadolin เพื่อนของ Arrhenius ศาสตราจารย์วิชาเคมีที่ Royal Academy ในเมือง Turku ประเทศฟินแลนด์

กาโดลินตระหนักว่าหินสีดำจากแร่อิตเทอร์ไบท์ (ภายหลังเปลี่ยนชื่อเป็นแกโดลิไนต์เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา) ประกอบด้วยออกไซด์ขององค์ประกอบใหม่ ที่ดินหายาก. นักเคมีชาวสวีเดน Anders Gustaf Ekeberg ยืนยันการค้นพบของ Gadolin และเรียกมันว่าอิตเทรียออกไซด์

ต่อมาเป็นครั้งแรกที่ แยกองค์ประกอบอิตเทรียมแม้จะปะปนกับองค์ประกอบอื่นๆ ในปี พ.ศ. 2371 โดยฟรีดริช วอห์เลอร์ ผู้ผ่านแก๊ส คลอรีน โดยแร่แกโดลิไนต์และเกิดอิตเทรียมคลอไรด์ (YCl₃) แอนไฮดรัส ซึ่งถูกรีดิวซ์ต่อไปเป็นอิตเทรียมที่เป็นโลหะโดยใช้โพแทสเซียม

ในท้ายที่สุด หินสีดำที่ค้นพบโดย Arrhenius พบว่ามีออกไซด์ของโลหะหายากแปดชนิด:

• เออร์เบียม;
• เทอร์เบียม;
• อิตเทอร์เบียม;
• สแกนเดียม;
• ทูเลียม;
• โฮลเมียม;
• ดิสโพรเซียม;
• ลูทีเซียม

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับอิตเทรียม

คำถามที่ 1

(Unaerp-SP) ปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวดของไฟฟ้าที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2454 ได้รับความสนใจจากโลกวิทยาศาสตร์อีกครั้งด้วย ค้นพบโดย Bendnoz และ Müller ว่าวัสดุเซรามิกสามารถแสดงพฤติกรรมประเภทนี้ได้รับรางวัลโนเบลสำหรับสองคนนี้ นักฟิสิกส์ในปี 2530 องค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในการกำหนดเซรามิกส์ตัวนำยิ่งยวดคืออิตเทรียม:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²4 วัน¹

จำนวนเปลือกและจำนวนอิเล็กตรอนที่มีพลังมากที่สุดสำหรับอิตเทรียมจะเป็นตามลำดับ:

ก) 4 และ 1

ข) 5 และ 1

ค) 4 และ 2

ง) 5 และ 3

จ) 4 และ 3

ปณิธาน:

ทางเลือก B

เธ ชั้นวาเลนซ์ ของอิตเทรียมเป็นเปลือกที่ห้าซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียง 2 ตัวในเปลือกย่อย 5s². ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าอิตเทรียมมี 5 ชั้น ระดับย่อยที่มีพลังมากที่สุดคือระดับสุดท้ายที่จะอยู่ใน การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากเป็นการกระจายลำดับของพลังงานที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นระดับย่อยที่มีพลังมากที่สุดคือ4d¹ซึ่งมีอิเลคตรอนเพียง 1 ตัว

คำถาม2

อิตเทรียมออกไซด์ Y₂เธ₃เป็นสารประกอบที่ใช้ในการผลิตเซรามิกตัวนำยิ่งยวด เช่น YBCO ซึ่งมีอิตเทรียม แบเรียม ทองแดง และออกซิเจน ในการก่อตัวของตัวนำยิ่งยวด อิตเทรียมรักษาเลขออกซิเดชันเดียวกันกับที่มีอยู่ในอิตเทรียมออกไซด์ เลขออกซิเดชันนี้เท่ากับ:

ก) -3

ข) 0

ค) +3

ง) -2

จ) +2

ปณิธาน:

ทางเลือก C

เนื่องจากออกซิเจนมีในออกไซด์ เลขออกซิเดชัน (ประจุที่ไอออนได้รับเมื่อทำพันธะไอออนิก) เท่ากับ -2 การคำนวณเลขออกซิเดชันของอิตเทรียมสามารถทำได้ดังนี้

2x + 3 (-2) = 0

โดยที่ x คือเลขออกซิเดชันของอิตเทรียมที่จะคำนวณ สมการ ต้องตั้งค่าให้เท่ากับศูนย์เพราะออกไซด์เป็นกลางทางไฟฟ้าไม่ใช่a ไอออน.

ทำการคำนวณอย่างถูกต้อง:

2x + -6 = 0

2x = 6

x = 3

เรามีค่าของ x เท่ากับ +3

เครดิตภาพ

[1] ความคิดถึง / shutterstock

[2] กิ้งก่าตา / shutterstock

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี