Saviez-vous? Le processus de découverte par les êtres humainsyttriumétait pleine de rebondissements et de défis. En 1787, le Suédois Karl Axel Arrhenius découvrit accidentellement un minerai noir dense et lourd dans une carrière près de sa ville natale du village d'Ytterby et le nomma "Ytterbite". Par la suite, de nombreux scientifiques, dont Johan Gadolin, Anders Gustav Ekberg, Friedrich Wöhler et d’autres, ont mené des recherches approfondies sur ce minerai.
En 1794, le chimiste finlandais Johan Gadolin réussit à séparer un nouvel oxyde du minerai d'ytterbium et le nomma yttrium. C’était la première fois que les humains découvraient clairement un élément de terre rare. Cependant, cette découverte n’a pas immédiatement attiré l’attention du grand public.
Au fil du temps, les scientifiques ont découvert d’autres éléments de terres rares. En 1803, l'Allemand Klaproth et les Suédois Hitzinger et Berzelius découvrent le cérium. En 1839, le Suédois Mosander découvritlanthane. En 1843, il découvre l'erbium etterbium. Ces découvertes ont fourni une base importante pour les recherches scientifiques ultérieures.
Ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle que les scientifiques ont réussi à séparer l'élément « yttrium » du minerai d'yttrium. En 1885, l'Autrichien Wilsbach découvrit le néodyme et le praséodyme. En 1886, Bois-Baudran découvredysprosium. Ces découvertes ont encore enrichi la grande famille des éléments des terres rares.
Pendant plus d'un siècle après la découverte de l'yttrium, en raison des limites des conditions techniques, les scientifiques ont été incapables de purifier cet élément, ce qui a également provoqué des controverses et des erreurs académiques. Cependant, cela n’a pas empêché les scientifiques de poursuivre leur enthousiasme pour l’étude de l’yttrium.
Au début du 20e siècle, grâce aux progrès continus de la science et de la technologie, les scientifiques ont finalement commencé à purifier les éléments des terres rares. En 1901, le Français Eugène de Marseille découvreeuropium. En 1907-1908, l'Autrichien Wilsbach et le Français Urbain découvrirent indépendamment le lutécium. Ces découvertes ont fourni une base importante pour les recherches scientifiques ultérieures.
Dans la science et la technologie modernes, les applications de l’yttrium deviennent de plus en plus étendues. Avec les progrès continus de la science et de la technologie, notre compréhension et nos applications de l’yttrium deviendront de plus en plus approfondies.
Domaines d'application de l'élément yttrium
1.Verre optique et céramique :L'yttrium est largement utilisé dans la fabrication de verre optique et de céramique, principalement dans la fabrication de céramique transparente et de verre optique. Ses composés ont d'excellentes propriétés optiques et peuvent être utilisés pour fabriquer des composants de lasers, de communications par fibre optique et d'autres équipements.
2. Phosphores :Les composés d'yttrium jouent un rôle important dans les phosphores et peuvent émettre une fluorescence brillante. Ils sont donc souvent utilisés pour fabriquer des écrans de télévision, des moniteurs et des équipements d'éclairage.Oxyde d'yttriumet d'autres composés sont souvent utilisés comme matériaux luminescents pour améliorer la luminosité et la clarté de la lumière.
3. Additifs d'alliage: Dans la production d'alliages métalliques, l'yttrium est souvent utilisé comme additif pour améliorer les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion des métaux.Alliages d'yttriumsont souvent utilisés pour fabriquer de l'acier à haute résistance etalliages d'aluminium, ce qui les rend plus résistants à la chaleur et à la corrosion.
4. Catalyseurs: Les composés d'yttrium jouent un rôle important dans certains catalyseurs et peuvent accélérer la vitesse des réactions chimiques. Ils sont utilisés pour fabriquer des dispositifs de purification des gaz d’échappement des automobiles et des catalyseurs dans les processus de production industrielle, contribuant ainsi à réduire les émissions de substances nocives.
5. Technologie d'imagerie médicale: Les isotopes de l'yttrium sont utilisés dans la technologie de l'imagerie médicale pour préparer des isotopes radioactifs, par exemple pour le marquage des produits radiopharmaceutiques et le diagnostic de l'imagerie médicale nucléaire.
6. Technologie laser :Les lasers à ions yttrium sont des lasers à semi-conducteurs courants utilisés dans diverses applications de recherche scientifique, de médecine laser et industrielles. La fabrication de ces lasers nécessite l'utilisation de certains composés de l'yttrium comme activateursÉléments .Yttriumet leurs composés jouent un rôle important dans la science, la technologie et l'industrie modernes, impliquant de nombreux domaines tels que l'optique, la science des matériaux et la médecine, et ont apporté des contributions positives au progrès et au développement de la société humaine.
Propriétés physiques de l'yttrium
Le numéro atomique deyttriumest 39 et son symbole chimique est Y.
1. Apparence :L'yttrium est un métal blanc argenté.
2. Densité :La densité de l'yttrium est de 4,47 g/cm3, ce qui en fait l'un des éléments relativement lourds de la croûte terrestre.
3. Point de fusion :Le point de fusion de l'yttrium est de 1 522 degrés Celsius (2 782 degrés Fahrenheit), ce qui fait référence à la température à laquelle l'yttrium passe d'un solide à un liquide dans des conditions thermiques.
4. Point d'ébullition :Le point d’ébullition de l’yttrium est de 3 336 degrés Celsius (6 037 degrés Fahrenheit), ce qui fait référence à la température à laquelle l’yttrium passe d’un liquide à un gaz dans des conditions thermiques.
5.Phase :À température ambiante, l’yttrium est à l’état solide.
6. Conductivité :L'yttrium est un bon conducteur d'électricité avec une conductivité élevée, il a donc certaines applications dans la fabrication d'appareils électroniques et la technologie des circuits.
7. Magnétisme :L'yttrium est un matériau paramagnétique à température ambiante, ce qui signifie qu'il n'a pas de réponse magnétique évidente aux champs magnétiques.
8. Structure cristalline: L'yttrium existe dans une structure cristalline hexagonale compacte.
9. Volume atomique :Le volume atomique de l'yttrium est de 19,8 centimètres cubes par mole, ce qui correspond au volume occupé par une mole d'atomes d'yttrium.
L'yttrium est un élément métallique avec une densité et un point de fusion relativement élevés, et possède une bonne conductivité. Il a donc des applications importantes en électronique, en science des matériaux et dans d'autres domaines. Dans le même temps, l’yttrium est également un élément rare relativement courant, qui joue un rôle important dans certaines technologies avancées et applications industrielles.
Propriétés chimiques de l'yttrium
1. Symbole et groupe chimique : Le symbole chimique de l'yttrium est Y et il se situe dans la cinquième période du tableau périodique, le troisième groupe, qui est similaire aux éléments lanthanides.
2. Structure électronique : La structure électronique de l'yttrium est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s². Dans la couche électronique externe, l’yttrium possède deux électrons de valence.
3. État de valence : L'yttrium présente généralement un état de valence de +3, qui est l'état de valence le plus courant, mais il peut également présenter des états de valence de +2 et +1.
4. Réactivité : L'yttrium est un métal relativement stable, mais il s'oxyde progressivement lorsqu'il est exposé à l'air, formant une couche d'oxyde à la surface. Cela fait perdre à l’yttrium son éclat. Pour protéger l’yttrium, il est généralement stocké dans un environnement sec.
5. Réaction avec les oxydes : L'yttrium réagit avec les oxydes pour former divers composés, notammentoxyde d'yttrium(Y2O3). L'oxyde d'yttrium est souvent utilisé pour fabriquer des phosphores et des céramiques.
6. **Réaction avec les acides** : L'yttrium peut réagir avec des acides forts pour produire les sels correspondants, tels quechlorure d'yttrium (YCl3) ousulfate d'yttrium (Y2(SO4)3).
7. Réaction avec l'eau : L'yttrium ne réagit pas directement avec l'eau dans des conditions normales, mais à haute température, il peut réagir avec la vapeur d'eau pour produire de l'hydrogène et de l'oxyde d'yttrium.
8. Réaction avec les sulfures et les carbures : L'yttrium peut réagir avec les sulfures et les carbures pour former des composés correspondants tels que le sulfure d'yttrium (YS) et le carbure d'yttrium (YC2). 9. Isotopes : L'yttrium possède plusieurs isotopes, dont le plus stable est l'yttrium-89 (^89Y), qui a une longue demi-vie et est utilisé en médecine nucléaire et dans le marquage des isotopes.
L'yttrium est un élément métallique relativement stable avec plusieurs états de valence et la capacité de réagir avec d'autres éléments pour former des composés. Il a un large éventail d'applications dans les domaines de l'optique, de la science des matériaux, de la médecine et de l'industrie, notamment dans les domaines des phosphores, de la fabrication de céramiques et de la technologie laser.
Propriétés biologiques de l'yttrium
Les propriétés biologiques deyttriumdans les organismes vivants sont relativement limités.
1. Présence et ingestion : Bien que l'yttrium ne soit pas un élément essentiel à la vie, des traces d'yttrium peuvent être trouvées dans la nature, notamment dans le sol, les roches et l'eau. Les organismes peuvent ingérer des traces d’yttrium tout au long de la chaîne alimentaire, généralement à partir du sol et des plantes.
2. Biodisponibilité : La biodisponibilité de l'yttrium est relativement faible, ce qui signifie que les organismes ont généralement des difficultés à absorber et à utiliser efficacement l'yttrium. La plupart des composés de l’yttrium ne sont pas facilement absorbés par les organismes et ont donc tendance à être excrétés.
3. Distribution dans les organismes : Une fois dans un organisme, l'yttrium est principalement distribué dans les tissus tels que le foie, les reins, la rate, les poumons et les os. En particulier, les os contiennent des concentrations plus élevées d’yttrium.
4. Métabolisme et excrétion : Le métabolisme de l'yttrium dans le corps humain est relativement limité car il quitte généralement l'organisme par excrétion. La majeure partie est excrétée par l’urine, mais elle peut également être excrétée sous forme de défécation.
5. Toxicité : En raison de sa faible biodisponibilité, l’yttrium ne s’accumule généralement pas à des niveaux nocifs dans les organismes normaux. Cependant, une exposition à de fortes doses d’yttrium peut avoir des effets nocifs sur les organismes, entraînant des effets toxiques. Cette situation se produit généralement rarement car les concentrations d'yttrium dans la nature sont généralement faibles et il n'est pas largement utilisé ou exposé aux organismes. Les caractéristiques biologiques de l'yttrium dans les organismes se manifestent principalement par sa présence à l'état de traces, sa faible biodisponibilité et le fait qu'il n'est pas un élément nécessaire. pour la vie. Bien qu’il n’ait pas d’effets toxiques évidents sur les organismes dans des circonstances normales, une exposition à de fortes doses d’yttrium peut présenter des risques pour la santé. Par conséquent, la recherche scientifique et la surveillance restent importantes pour la sécurité et les effets biologiques de l’yttrium.
Distribution de l'yttrium dans la nature
L’yttrium est un élément des terres rares relativement largement répandu dans la nature, bien qu’il n’existe pas sous forme élémentaire pure.
1. Présence dans la croûte terrestre : L'abondance de l'yttrium dans la croûte terrestre est relativement faible, avec une concentration moyenne d'environ 33 mg/kg. Cela fait de l'yttrium l'un des éléments rares.
L'yttrium existe principalement sous forme de minéraux, généralement avec d'autres éléments de terres rares. Certains minéraux majeurs d’yttrium comprennent le grenat d’yttrium et de fer (YIG) et l’oxalate d’yttrium (Y2(C2O4)3).
2. Répartition géographique : Les gisements d'yttrium sont répartis partout dans le monde, mais certaines zones peuvent être riches en yttrium. Certains gisements majeurs d'yttrium se trouvent dans les régions suivantes : Australie, Chine, États-Unis, Russie, Canada, Inde, Scandinavie, etc. 3. Extraction et traitement : Une fois le minerai d'yttrium extrait, un traitement chimique est généralement nécessaire pour extraire et séparer l'yttrium. Cela implique généralement des processus de lixiviation acide et de séparation chimique pour obtenir de l’yttrium de haute pureté.
Il est important de noter que les éléments des terres rares tels que l’yttrium n’existent généralement pas sous forme d’éléments purs, mais sont mélangés à d’autres éléments des terres rares. Par conséquent, l’extraction d’yttrium de plus grande pureté nécessite des processus chimiques complexes de traitement et de séparation. De plus, la fourniture deéléments de terres raresest limitée, il est donc également important de prendre en compte la gestion de leurs ressources et la durabilité environnementale.
Extraction, extraction et fusion de l'élément yttrium
L'yttrium est un élément des terres rares qui n'existe généralement pas sous forme d'yttrium pur, mais sous forme de minerai d'yttrium. Ce qui suit est une introduction détaillée au processus d’extraction et de raffinage de l’élément yttrium :
1. Extraction du minerai d'yttrium :
Exploration : Premièrement, les géologues et les ingénieurs miniers effectuent des travaux d'exploration pour trouver des gisements contenant de l'yttrium. Cela implique généralement des études géologiques, une exploration géophysique et des analyses d’échantillons. Exploitation minière : Une fois qu'un gisement contenant de l'yttrium est découvert, le minerai est extrait. Ces gisements comprennent généralement des minerais oxydés tels que le grenat d'yttrium et de fer (YIG) ou l'oxalate d'yttrium (Y2(C2O4)3). Concassage du minerai : Après l’extraction, le minerai doit généralement être brisé en morceaux plus petits pour un traitement ultérieur.
2. Extraction de l'yttrium :Lixiviation chimique : Le minerai broyé est généralement envoyé vers une fonderie, où l'yttrium est extrait par lixiviation chimique. Ce processus utilise généralement une solution de lixiviation acide, telle que l'acide sulfurique, pour dissoudre l'yttrium du minerai. Séparation : Une fois l’yttrium dissous, il est généralement mélangé à d’autres éléments de terres rares et impuretés. Afin d’extraire l’yttrium d’une plus grande pureté, un processus de séparation est nécessaire, utilisant généralement l’extraction par solvant, l’échange d’ions ou d’autres méthodes chimiques. Précipitation : L'yttrium est séparé des autres éléments des terres rares par des réactions chimiques appropriées pour former des composés d'yttrium pur. Séchage et calcination : Les composés d'yttrium obtenus doivent généralement être séchés et calcinés pour éliminer toute humidité résiduelle et impuretés afin d'obtenir finalement du métal ou des composés d'yttrium purs.
Méthodes de détection de l'yttrium
Les méthodes de détection courantes de l'yttrium comprennent principalement la spectroscopie d'absorption atomique (AAS), la spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS), la spectroscopie de fluorescence X (XRF), etc.
1. Spectroscopie d'absorption atomique (AAS) :L'AAS est une méthode d'analyse quantitative couramment utilisée pour déterminer la teneur en yttrium en solution. Cette méthode est basée sur le phénomène d'absorption lorsque l'élément cible de l'échantillon absorbe la lumière d'une longueur d'onde spécifique. Tout d’abord, l’échantillon est converti en une forme mesurable grâce à des étapes de prétraitement telles que la combustion du gaz et le séchage à haute température. Ensuite, la lumière correspondant à la longueur d'onde de l'élément cible est transmise à l'échantillon, l'intensité lumineuse absorbée par l'échantillon est mesurée et la teneur en yttrium de l'échantillon est calculée en la comparant à une solution d'yttrium standard de concentration connue.
2. Spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS) :L'ICP-MS est une technique analytique très sensible adaptée à la détermination de la teneur en yttrium dans des échantillons liquides et solides. Cette méthode convertit l'échantillon en particules chargées et utilise ensuite un spectromètre de masse pour l'analyse de masse. L'ICP-MS possède une large plage de détection et une haute résolution et peut déterminer le contenu de plusieurs éléments en même temps. Pour la détection de l'yttrium, l'ICP-MS peut fournir des limites de détection très basses et une grande précision.
3. Spectrométrie de fluorescence X (XRF) :XRF est une méthode analytique non destructive adaptée à la détermination de la teneur en yttrium dans des échantillons solides et liquides. Cette méthode détermine la teneur en éléments en irradiant la surface de l'échantillon avec des rayons X et en mesurant l'intensité maximale caractéristique du spectre de fluorescence dans l'échantillon. XRF présente les avantages d’une vitesse rapide, d’un fonctionnement simple et de la capacité de déterminer plusieurs éléments en même temps. Cependant, le XRF peut être perturbé dans l'analyse de l'yttrium à faible teneur, ce qui entraîne des erreurs importantes.
4. Spectrométrie d’émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) :La spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif est une méthode analytique très sensible et sélective largement utilisée dans l'analyse multi-éléments. Il atomise l'échantillon et forme un plasma pour mesurer la longueur d'onde et l'intensité spécifiques of yttriumémission dans le spectromètre. En plus des méthodes ci-dessus, il existe d'autres méthodes couramment utilisées pour la détection de l'yttrium, notamment la méthode électrochimique, la spectrophotométrie, etc. La sélection d'une méthode de détection appropriée dépend de facteurs tels que les propriétés de l'échantillon, la plage de mesure requise et la précision de détection, ainsi que les normes d'étalonnage. sont souvent nécessaires au contrôle qualité afin de garantir l’exactitude et la fiabilité des résultats de mesure.
Application spécifique de la méthode d'absorption atomique à l'yttrium
Dans la mesure des éléments, la spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS) est une technique d'analyse très sensible et multi-éléments, souvent utilisée pour déterminer la concentration d'éléments, y compris l'yttrium. Ce qui suit est un processus détaillé pour tester l’yttrium dans ICP-MS :
1. Préparation des échantillons :
L’échantillon doit généralement être dissous ou dispersé sous forme liquide pour l’analyse ICP-MS. Cela peut être réalisé par dissolution chimique, digestion thermique ou autres méthodes de préparation appropriées.
La préparation de l’échantillon nécessite des conditions extrêmement propres pour éviter toute contamination par d’éventuels éléments extérieurs. Le laboratoire doit prendre les mesures nécessaires pour éviter la contamination des échantillons.
2. Génération ICP :
L'ICP est généré en introduisant de l'argon ou un mélange gazeux argon-oxygène dans une torche à plasma de quartz fermée. Le couplage inductif haute fréquence produit une flamme de plasma intense, qui constitue le point de départ de l'analyse.
La température du plasma est d’environ 8 000 à 10 000 degrés Celsius, ce qui est suffisamment élevé pour convertir les éléments de l’échantillon à l’état ionique.
3. Ionisation et séparation :Une fois que l’échantillon entre dans le plasma, les éléments qu’il contient sont ionisés. Cela signifie que les atomes perdent un ou plusieurs électrons, formant ainsi des ions chargés. L'ICP-MS utilise un spectromètre de masse pour séparer les ions de différents éléments, généralement par rapport masse/charge (m/z). Cela permet aux ions de différents éléments d’être séparés puis analysés.
4. Spectrométrie de masse :Les ions séparés entrent dans un spectromètre de masse, généralement un spectromètre de masse quadripolaire ou un spectromètre de masse à balayage magnétique. Dans le spectromètre de masse, les ions des différents éléments sont séparés et détectés en fonction de leur rapport masse/charge. Cela permet de déterminer la présence et la concentration de chaque élément. L’un des avantages de la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif est sa haute résolution, qui lui permet de détecter plusieurs éléments simultanément.
5. Traitement des données :Les données générées par ICP-MS doivent généralement être traitées et analysées pour déterminer la concentration des éléments dans l'échantillon. Cela comprend la comparaison du signal de détection à des étalons de concentrations connues, ainsi que l'exécution de l'étalonnage et de la correction.
6. Rapport de résultats :Le résultat final est présenté sous forme de concentration ou de pourcentage massique de l’élément. Ces résultats peuvent être utilisés dans diverses applications, notamment les sciences de la Terre, l’analyse environnementale, les tests alimentaires, la recherche médicale, etc.
L'ICP-MS est une technique très précise et sensible adaptée à l'analyse multi-éléments, y compris l'yttrium. Cependant, elle nécessite une instrumentation et une expertise complexes, elle est donc généralement réalisée dans un laboratoire ou un centre d’analyse professionnel. En pratique réelle, il est nécessaire de sélectionner la méthode de mesure appropriée en fonction des besoins spécifiques du chantier. Ces méthodes sont largement utilisées dans l’analyse et la détection de l’ytterbium dans les laboratoires et les industries.
Après avoir résumé ce qui précède, nous pouvons conclure que l’yttrium est un élément chimique très intéressant doté de propriétés physiques et chimiques uniques, qui revêt une grande importance dans la recherche scientifique et dans les domaines d’application. Même si nous avons fait quelques progrès dans notre compréhension, de nombreuses questions nécessitent encore des recherches et des explorations plus approfondies. J'espère que notre introduction pourra aider les lecteurs à mieux comprendre cet élément fascinant et inspirer l'amour de chacun pour la science et l'intérêt pour l'exploration.
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Heure de publication : 28 novembre 2024