Kas teadsid? Inimeste avastamise protsessütriumoli täis keerdkäike ja väljakutseid. 1787. aastal avastas rootslane Karl Axel Arrhenius oma kodulinna Ytterby küla lähedal asuvast karjäärist kogemata tiheda ja raske musta maagi ning pani sellele nimeks "Ytterbite". Pärast seda viisid paljud teadlased, sealhulgas Johan Gadolin, Anders Gustav Ekberg, Friedrich Wöhler jt läbi selle maagi põhjalikke uuringuid.
1794. aastal eraldas Soome keemik Johan Gadolin ütterbiumimaagist edukalt uue oksiidi ja nimetas selle ütriumiks. See oli esimene kord, kui inimesed avastasid selgelt haruldase muldmetalli elemendi. See avastus ei äratanud aga kohe laialdast tähelepanu.
Aja jooksul on teadlased avastanud teisi haruldasi muldmetalli elemente. 1803. aastal avastasid sakslane Klaproth ning rootslased Hitzinger ja Berzelius tseeriumi. 1839. aastal avastas rootslane Mosanderlantaan. 1843. aastal avastas ta erbiumi jaterbium. Need avastused andsid olulise aluse edasistele teadusuuringutele.
Alles 19. sajandi lõpus eraldasid teadlased elemendi "ütrium" ütriumimaagist edukalt. 1885. aastal avastas Austria Wilsbach neodüümi ja praseodüümi. 1886. aastal avastas Bois-Baudrandüsproosium. Need avastused rikastasid veelgi haruldaste muldmetallide elementide suurt perekonda.
Rohkem kui sajand pärast ütriumi avastamist ei ole teadlastel tehniliste tingimuste piiratuse tõttu õnnestunud seda elementi puhastada, mis on põhjustanud ka mõningaid akadeemilisi vaidlusi ja vigu. See aga ei takistanud teadlasi ütriumi uurimise entusiasmist.
20. sajandi alguses, teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga, hakkasid teadlased lõpuks puhastama haruldasi muldmetalli elemente. 1901. aastal avastas prantslane Eugene de Marseilleeuroopium. Aastatel 1907–1908 avastasid austerlane Wilsbach ja prantslane Urbain iseseisvalt luteetiumi. Need avastused andsid olulise aluse edasistele teadusuuringutele.
Kaasaegses teaduses ja tehnoloogias muutub ütriumi kasutamine üha ulatuslikumaks. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga muutub meie arusaam ütriumist ja selle rakendamine üha sügavamaks.
Ütriumelemendi kasutusvaldkonnad
1.Optiline klaas ja keraamika:Ütriumit kasutatakse laialdaselt optilise klaasi ja keraamika valmistamisel, peamiselt läbipaistva keraamika ja optilise klaasi valmistamisel. Selle ühenditel on suurepärased optilised omadused ja neid saab kasutada laserite, fiiberoptilise side ja muude seadmete komponentide valmistamiseks.
2. Fosforid:Ütriumiühendid mängivad fosforites olulist rolli ja võivad kiirata eredat fluorestsentsi, mistõttu kasutatakse neid sageli teleriekraanide, monitoride ja valgustusseadmete tootmiseks.Ütriumoksiidja teisi ühendeid kasutatakse sageli luminestsentsmaterjalina valguse heleduse ja selguse suurendamiseks.
3. Sulami lisandid: metallisulamite tootmisel kasutatakse ütriumi sageli lisandina metallide mehaaniliste omaduste ja korrosioonikindluse parandamiseks.Ütriumisulamidkasutatakse sageli kõrgtugeva terase valmistamiseks jaalumiiniumi sulamid, muutes need kuuma- ja korrosioonikindlamaks.
4. Katalüsaatorid: Ütriumühendid mängivad olulist rolli mõnedes katalüsaatorites ja võivad kiirendada keemiliste reaktsioonide kiirust. Neid kasutatakse autode heitgaaside puhastusseadmete ja katalüsaatorite tootmiseks tööstuslikes tootmisprotsessides, mis aitavad vähendada kahjulike ainete emissiooni.
5. Meditsiiniline pilditehnoloogia: Ütriumi isotoope kasutatakse meditsiinilises kuvamistehnoloogias radioaktiivsete isotoopide valmistamiseks, näiteks radiofarmatseutiliste ainete märgistamiseks ja tuumameditsiiniliste kujutiste diagnoosimiseks.
6. Lasertehnoloogia:Ütriumioonlaserid on tavaline tahkislaser, mida kasutatakse erinevates teadusuuringutes, lasermeditsiinis ja tööstuslikes rakendustes. Nende laserite tootmine eeldab teatud ütriumiühendite kasutamist aktivaatoritena.Ütriumelemendidja nende ühendid mängivad olulist rolli kaasaegses teaduses ja tehnoloogias ning tööstuses, mis hõlmavad paljusid valdkondi, nagu optika, materjaliteadus ja meditsiin, ning on andnud positiivse panuse inimühiskonna edenemisse ja arengusse.
Ütriumi füüsikalised omadused
Aatomnumberütriumon 39 ja selle keemiline sümbol on Y.
1. Välimus:Ütrium on hõbevalge metall.
2. Tihedus:Ütriumi tihedus on 4,47 g/cm3, mis teeb sellest ühe suhteliselt raske elemendi maakoores.
3. Sulamistemperatuur:Ütriumi sulamistemperatuur on 1522 kraadi Celsiuse järgi (2782 kraadi Fahrenheiti järgi), mis viitab temperatuurile, mille juures ütrium muutub termilistes tingimustes tahkest ainest vedelaks.
4. Keemistemperatuur:Ütriumi keemistemperatuur on 3336 kraadi Celsiuse järgi (6037 kraadi Fahrenheiti järgi), mis viitab temperatuurile, mille juures ütrium muutub termilistes tingimustes vedelikust gaasiks.
5. Faas:Toatemperatuuril on ütrium tahkes olekus.
6. Juhtivus:Ütrium on hea kõrge juhtivusega elektrijuht, mistõttu on sellel teatud rakendusi elektroonikaseadmete tootmises ja vooluringitehnoloogias.
7. Magnetism:Ütrium on toatemperatuuril paramagnetiline materjal, mis tähendab, et sellel puudub ilmne magnetreaktsioon magnetväljadele.
8. Kristalli struktuur: Ütrium eksisteerib kuusnurkse tihedalt pakitud kristallstruktuurina.
9. Aatomi maht:Ütriumi aatommaht on 19,8 kuupsentimeetrit mooli kohta, mis viitab ühe mooli ütriumi aatomite mahule.
Ütrium on suhteliselt kõrge tiheduse ja sulamistemperatuuriga metalliline element, millel on hea juhtivus, mistõttu on sellel olulised rakendused elektroonikas, materjaliteaduses ja muudes valdkondades. Samas on ütrium ka suhteliselt levinud haruldane element, mis mängib olulist rolli mõnes arenenud tehnoloogias ja tööstuslikes rakendustes.
Ütriumi keemilised omadused
1. Keemiline sümbol ja rühm: ütriumi keemiline sümbol on Y ja see asub perioodilisuse tabeli viiendas perioodis, kolmandas rühmas, mis on sarnane lantaniidelementidega.
2. Elektrooniline struktuur: ütriumi elektrooniline struktuur on 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s². Välises elektronkihis on ütriumil kaks valentselektroni.
3. Valentsseisund: Ütrium näitab tavaliselt valentsolekut +3, mis on kõige levinum valentsseisund, kuid see võib näidata ka valentsolekut +2 ja +1.
4. Reaktsioonivõime: Ütrium on suhteliselt stabiilne metall, kuid õhuga kokkupuutel oksüdeerub see järk-järgult, moodustades pinnale oksiidikihi. Selle tõttu kaotab ütrium oma läike. Ütriumi kaitsmiseks hoitakse seda tavaliselt kuivas keskkonnas.
5. Reaktsioon oksiididega: Ütrium reageerib oksiididega, moodustades erinevaid ühendeid, sealhulgasütriumoksiid(Y2O3). Ütriumoksiidi kasutatakse sageli fosfori ja keraamika valmistamiseks.
6. **Reaktsioon hapetega**: ütrium võib reageerida tugevate hapetega, moodustades vastavaid sooli, näiteksütriumkloriid (YCl3) võiütriumsulfaat (Y2(SO4)3).
7. Reaktsioon veega: Ütrium ei reageeri tavatingimustes veega otseselt, kuid kõrgel temperatuuril võib see reageerida veeauruga, tekitades vesinikku ja ütriumoksiidi.
8. Reaktsioon sulfiidide ja karbiididega: Ütrium võib reageerida sulfiidide ja karbiididega, moodustades vastavaid ühendeid, nagu ütriumsulfiid (YS) ja ütriumkarbiid (YC2). 9. Isotoobid: Ütriumil on mitu isotoopi, millest stabiilseim on ütrium-89 (^89Y), millel on pikk poolestusaeg ja mida kasutatakse tuumameditsiinis ja isotoopide märgistamisel.
Ütrium on suhteliselt stabiilne metalliline element, millel on mitu valentsolekut ja võime reageerida teiste elementidega, moodustades ühendeid. Sellel on lai valik rakendusi optikas, materjaliteaduses, meditsiinis ja tööstuses, eriti fosforites, keraamika tootmises ja lasertehnoloogias.
Ütriumi bioloogilised omadused
Bioloogilised omadusedütriumelusorganismides on suhteliselt piiratud.
1. Kohalolek ja allaneelamine. Kuigi ütrium ei ole eluks hädavajalik element, võib ütriumi leiduda looduses, sealhulgas pinnases, kivimites ja vees. Organismid võivad toiduahela kaudu alla neelata ütriumi jälgi, tavaliselt mullast ja taimedest.
2. Biosaadavus: ütriumi biosaadavus on suhteliselt madal, mis tähendab, et organismidel on üldiselt raskusi ütriumi omastamisega ja tõhusa kasutamisega. Enamik ütriumiühendeid ei imendu organismides kergesti, seetõttu kipuvad need erituma.
3. Jaotumine organismides: Organismis olles jaotub ütrium peamiselt sellistes kudedes nagu maks, neer, põrn, kopsud ja luud. Eelkõige sisaldavad luud suuremas kontsentratsioonis ütriumi.
4. Ainevahetus ja eritumine: ütriumi ainevahetus inimkehas on suhteliselt piiratud, sest tavaliselt väljub see organismist eritumisega. Suurem osa sellest eritub uriiniga ja see võib erituda ka roojamise teel.
5. Toksilisus: madala biosaadavuse tõttu ei kogune ütrium normaalsetes organismides tavaliselt kahjulikule tasemele. Siiski võib ütriumi suurtes annustes kokkupuude avaldada kahjulikku mõju organismidele, põhjustades toksilisi mõjusid. Seda olukorda esineb tavaliselt harva, kuna ütriumi kontsentratsioon looduses on tavaliselt madal ning seda ei kasutata laialdaselt ega organismidega kokku puutuda. Organismide ütriumi bioloogilised omadused avalduvad peamiselt selle esinemises mikrokogustes, madalas biosaadavuses ja mittevajalikus elemendis eluks ajaks. Kuigi sellel ei ole tavatingimustes organismidele ilmset toksilist mõju, võib ütriumi suurtes annustes kokkupuude põhjustada terviseriske. Seetõttu on ütriumi ohutuse ja bioloogiliste mõjude seisukohalt endiselt olulised teadusuuringud ja seire.
Ütriumi levik looduses
Ütrium on haruldaste muldmetallide element, mis on looduses suhteliselt laialt levinud, kuigi seda ei eksisteeri puhtal elemendi kujul.
1. Esinemine maakoores: ütriumi arvukus maakoores on suhteliselt väike, keskmine kontsentratsioon on umbes 33 mg/kg. See muudab ütriumi üheks haruldasemaks elemendiks.
Ütrium esineb peamiselt mineraalide kujul, tavaliselt koos teiste haruldaste muldmetallide elementidega. Mõned peamised ütriummineraalid on ütriumraudgranaat (YIG) ja ütriumoksalaat (Y2(C2O4)3).
2. Geograafiline levik: Ütriumi leiukohad on levinud üle kogu maailma, kuid mõned piirkonnad võivad olla ütriumirikkad. Mõned suuremad ütriumi leiukohad asuvad järgmistes piirkondades: Austraalia, Hiina, Ameerika Ühendriigid, Venemaa, Kanada, India, Skandinaavia jne. 3. Ekstraheerimine ja töötlemine: kui ütriumimaak on kaevandatud, on ütriumimaagi kaevandamine tavaliselt vajalik keemiliselt. eraldada ütrium. Tavaliselt hõlmab see kõrge puhtusastmega ütriumi saamiseks happe leostumist ja keemilist eraldamist.
Oluline on märkida, et haruldased muldmetallid, näiteks ütrium, ei eksisteeri tavaliselt puhaste elementide kujul, vaid on segatud teiste haruldaste muldmetallide elementidega. Seetõttu nõuab kõrgema puhtusastmega ütriumi ekstraheerimine keerulisi keemilisi töötlemis- ja eraldamisprotsesse. Lisaks pakkumineharuldased muldmetallidon piiratud, seega on oluline arvestada ka nende ressursside majandamise ja keskkonnasäästlikkusega.
Ütriumelemendi kaevandamine, kaevandamine ja sulatamine
Ütrium on haruldane muldmetalli element, mis tavaliselt ei eksisteeri puhta ütriumi kujul, vaid ütriumimaagi kujul. Järgnev on üksikasjalik sissejuhatus ütriumi elemendi kaevandamise ja rafineerimisprotsessi kohta:
1. Ütriumimaagi kaevandamine:
Uurimine: Esiteks viivad geoloogid ja kaevandusinsenerid läbi uuringuid, et leida ütriumi sisaldavaid maardlaid. Tavaliselt hõlmab see geoloogilisi uuringuid, geofüüsikalist uurimist ja proovide analüüsi. Kaevandamine: kui leitakse ütriumi sisaldav maardla, kaevandatakse maak. Need maardlad hõlmavad tavaliselt oksiidimaake, nagu ütriumraudgranaat (YIG) või ütriumoksalaat (Y2(C2O4)3). Maagi purustamine: pärast kaevandamist tuleb maak tavaliselt järgnevaks töötlemiseks väiksemateks tükkideks purustada.
2. Ütriumi ekstraheerimine:Keemiline leostumine: purustatud maak saadetakse tavaliselt sulatustehasesse, kus ütrium ekstraheeritakse keemilise leostumise teel. Selles protsessis kasutatakse tavaliselt ütriumi maagist lahustamiseks happelist leostuslahust, näiteks väävelhapet. Eraldamine: kui ütrium on lahustunud, segatakse see tavaliselt muude haruldaste muldmetallide elementide ja lisanditega. Kõrgema puhtusastmega ütriumi ekstraheerimiseks on vaja eraldusprotsessi, milles kasutatakse tavaliselt lahustiga ekstraheerimist, ioonivahetust või muid keemilisi meetodeid. Sadestamine: Ütrium eraldatakse teistest haruldaste muldmetallide elementidest sobivate keemiliste reaktsioonide kaudu, moodustades puhtad ütriumiühendid. Kuivatamine ja kaltsineerimine: Saadud ütriumiühendid tuleb tavaliselt kuivatada ja kaltsineerida, et eemaldada jääkniiskus ja lisandid, et lõpuks saada puhas ütriummetall või -ühendid.
Ütriumi tuvastamise meetodid
Ütriumi levinud tuvastamismeetodid hõlmavad peamiselt aatomabsorptsioonspektroskoopiat (AAS), induktiivsidestatud plasma massispektromeetriat (ICP-MS), röntgenfluorestsentsspektroskoopiat (XRF) jne.
1. Aatomabsorptsioonspektroskoopia (AAS):AAS on tavaliselt kasutatav kvantitatiivne analüüsimeetod, mis sobib ütriumi sisalduse määramiseks lahuses. See meetod põhineb neeldumisnähtusel, kui proovi sihtelement neelab kindla lainepikkusega valgust. Esiteks muudetakse proov mõõdetavaks vormiks eeltöötlusetappide, näiteks gaasi põletamise ja kõrgel temperatuuril kuivatamise kaudu. Seejärel juhitakse proovi sihtelemendi lainepikkusele vastav valgus, mõõdetakse proovis neeldunud valguse intensiivsus ja arvutatakse ütriumisisaldus proovis, võrreldes seda teadaoleva kontsentratsiooniga ütriumi standardlahusega.
2. Induktiivsidestatud plasma massispektromeetria (ICP-MS):ICP-MS on ülitundlik analüütiline meetod, mis sobib ütriumisisalduse määramiseks vedelates ja tahketes proovides. See meetod muudab proovi laetud osakesteks ja kasutab seejärel massianalüüsiks massispektromeetrit. ICP-MS-il on lai tuvastusvahemik ja kõrge eraldusvõime ning see suudab korraga määrata mitme elemendi sisu. Ütriumi tuvastamiseks võib ICP-MS pakkuda väga madalaid tuvastamispiire ja suurt täpsust.
3. Röntgenikiirguse fluorestsentsspektromeetria (XRF):XRF on mittepurustav analüütiline meetod, mis sobib ütriumisisalduse määramiseks tahkete ja vedelate proovide puhul. Selle meetodiga määratakse elementide sisaldus, kiiritades proovi pinda röntgenikiirgusega ja mõõtes proovis fluorestsentsspektri iseloomulikku piigi intensiivsust. XRF-i eelisteks on kiire kiirus, lihtne töö ja võimalus määrata korraga mitu elementi. Kuid XRF-i võib madala sisaldusega ütriumi analüüsimisel segada, mille tulemuseks on suured vead.
4. Induktiivsidestatud plasma optilise emissiooni spektromeetria (ICP-OES):Induktiivsidestatud plasma optiline emissioonispektromeetria on väga tundlik ja selektiivne analüütiline meetod, mida kasutatakse laialdaselt mitmeelemendilises analüüsis. See pihustab proovi ja moodustab plasma, et mõõta spetsiifilist lainepikkust ja intensiivsust of ütriumemissioon spektromeetris. Lisaks ülaltoodud meetoditele on ütriumi tuvastamiseks ka teisi tavaliselt kasutatavaid meetodeid, sealhulgas elektrokeemiline meetod, spektrofotomeetria jne. Sobiva tuvastamismeetodi valik sõltub sellistest teguritest nagu proovi omadused, nõutav mõõtmisvahemik ja tuvastamise täpsus ning kalibreerimisstandardid on sageli vajalikud kvaliteedikontrolliks, et tagada mõõtmistulemuste täpsus ja usaldusväärsus.
Ütriumi aatomiabsorptsiooni meetodi spetsiifiline rakendus
Elementide mõõtmisel on induktiivsidestatud plasma massispektromeetria (ICP-MS) väga tundlik ja mitmeelemendiline analüüsimeetod, mida kasutatakse sageli elementide, sealhulgas ütriumi kontsentratsiooni määramiseks. Järgnev on üksikasjalik protsess ütriumi testimiseks ICP-MS-is:
1. Proovi ettevalmistamine:
ICP-MS analüüsi jaoks tuleb proov tavaliselt lahustada või dispergeerida vedelal kujul. Seda saab teha keemilise lahustamise, kuumlagutamise või muude sobivate valmistamismeetoditega.
Proovi ettevalmistamine nõuab äärmiselt puhtaid tingimusi, et vältida saastumist väliste elementidega. Laboratoorium peaks võtma vajalikud meetmed proovide saastumise vältimiseks.
2. ICP genereerimine:
ICP genereeritakse argooni või argooni-hapniku segagaasi sisestamisel suletud kvartsist plasmapõletisse. Kõrgsageduslik induktiivne sidestus tekitab intensiivse plasmaleegi, mis on analüüsi lähtepunktiks.
Plasma temperatuur on umbes 8000 kuni 10 000 kraadi Celsiuse järgi, mis on piisavalt kõrge, et muuta proovis olevad elemendid ioonseks olekuks.
3. Ioniseerimine ja eraldamine:Kui proov siseneb plasmasse, ioniseeritakse selles olevad elemendid. See tähendab, et aatomid kaotavad ühe või mitu elektroni, moodustades laetud ioone. ICP-MS kasutab massispektromeetrit erinevate elementide ioonide eraldamiseks, tavaliselt massi ja laengu suhte (m/z) järgi. See võimaldab erinevate elementide ioone eraldada ja seejärel analüüsida.
4. Massispektromeetria:Eraldatud ioonid sisenevad massispektromeetrisse, tavaliselt kvadrupoolmassispektromeetrisse või magnetskaneerivasse massispektromeetrisse. Massispektromeetris eraldatakse ja tuvastatakse erinevate elementide ioonid nende massi ja laengu suhte järgi. See võimaldab määrata iga elemendi olemasolu ja kontsentratsiooni. Induktiivsidestatud plasma massispektromeetria üks eeliseid on selle kõrge eraldusvõime, mis võimaldab tuvastada mitut elementi samaaegselt.
5. Andmetöötlus:ICP-MS-i loodud andmeid tuleb tavaliselt töödelda ja analüüsida, et määrata proovis olevate elementide kontsentratsioon. See hõlmab tuvastamissignaali võrdlemist teadaolevate kontsentratsioonide standarditega ning kalibreerimist ja korrigeerimist.
6. Tulemusaruanne:Lõpptulemus esitatakse elemendi kontsentratsiooni või massiprotsendina. Neid tulemusi saab kasutada mitmesugustes rakendustes, sealhulgas maateaduses, keskkonnaanalüüsis, toiduainete testimises, meditsiinilistes uuringutes jne.
ICP-MS on väga täpne ja tundlik meetod, mis sobib mitme elemendi, sealhulgas ütriumi analüüsiks. Kuid see nõuab keerulisi instrumente ja teadmisi, mistõttu tehakse seda tavaliselt laboris või professionaalses analüüsikeskuses. Tegelikus töös on vaja valida sobiv mõõtmismeetod vastavalt objekti spetsiifilistele vajadustele. Neid meetodeid kasutatakse laialdaselt ütterbiumi analüüsiks ja tuvastamiseks laborites ja tööstustes.
Pärast eelneva kokkuvõtet võime järeldada, et ütrium on väga huvitav unikaalsete füüsikaliste ja keemiliste omadustega keemiline element, millel on suur tähtsus teadusuuringutes ja rakendusvaldkondades. Kuigi oleme sellest arusaamises mõningaid edusamme teinud, on veel palju küsimusi, mis vajavad edasist uurimist ja uurimist. Loodan, et meie tutvustus aitab lugejatel seda põnevat elementi paremini mõista ning inspireerib kõigis armastust teaduse vastu ja huvi uurimise vastu.
Lisateabe saamiseks plsvõtke meiega ühendustallpool:
Tel&mis:008613524231522
Email:Sales@shxlchem.com
Postitusaeg: 28.11.2024