מהו אלמנט איטריום, היישום שלו, שיטות הבדיקה הנפוצות שלו?

ידעת? תהליך הגילוי של בני אדםאיטריוםהיה מלא בפיתולים ואתגרים. בשנת 1787 גילה השבדי קרל אקסל ארניוס בטעות עפרה שחורה צפופה וכבדה במחצבה ליד עיר הולדתו הכפר איטרבי וקרא לה "איטרביט". לאחר מכן, מדענים רבים, כולל יוהאן גדולין, אנדרס גוסטב אקברג, פרידריך וולר ואחרים ערכו מחקר מעמיק על עפרה זו.

בשנת 1794, הכימאי הפיני יוהאן גדולין הפריד בהצלחה תחמוצת חדשה מעפרת איטרביום וקרא לה איטריום. זו הייתה הפעם הראשונה שבני אדם גילו בבירור יסוד אדמה נדיר. עם זאת, תגלית זו לא משכה מיד תשומת לב נרחבת.

עם הזמן, מדענים גילו יסודות אדמה נדירים אחרים. בשנת 1803 גילו קלפרוט הגרמני והשוודים היצינגר וברזליוס את הצריום. בשנת 1839 גילה השבדי מוסנדרלנתנום. בשנת 1843, הוא גילה ארביום וטרביום. תגליות אלו היוו בסיס חשוב למחקר מדעי שלאחר מכן.

רק בסוף המאה ה-19 הצליחו מדענים להפריד את היסוד "איטריום" מעפרת איטריום. בשנת 1885 גילה ווילסבאך האוסטרי את הנאודימיום והפראזודימיום. בשנת 1886 גילה בואה-באודרןדיספרוזיום. תגליות אלו העשירו עוד יותר את המשפחה הגדולה של יסודות אדמה נדירים.

במשך יותר ממאה שנה לאחר גילוי האיטריום, בשל מגבלות התנאים הטכניים, מדענים לא הצליחו לטהר את היסוד הזה, מה שגרם גם לכמה מחלוקות וטעויות אקדמיות. עם זאת, זה לא מנע מהמדענים את ההתלהבות שלהם לחקר איטריום.

בתחילת המאה ה-20, עם התקדמות מתמשכת של המדע והטכנולוגיה, החלו מדענים סוף סוף להיות מסוגלים לטהר יסודות אדמה נדירים. בשנת 1901, הצרפתי יוג'ין דה מרסיי גילהאירופיום. בשנים 1907-1908, ווילסבאך האוסטרי ואורביין הצרפתי גילו באופן עצמאי את הלוטטיום. תגליות אלו היוו בסיס חשוב למחקר מדעי שלאחר מכן.

במדע ובטכנולוגיה המודרניים, היישום של איטריום הופך יותר ויותר נרחב. עם התקדמות מתמשכת של המדע והטכנולוגיה, ההבנה והיישום שלנו של איטריום יהפכו יותר ויותר מעמיקים.

שדות יישום של יסוד איטריום
1.זכוכית אופטית וקרמיקה:איטריום נמצא בשימוש נרחב בייצור זכוכית אופטית וקרמיקה, בעיקר בייצור קרמיקה שקופה וזכוכית אופטית. לתרכובות שלה תכונות אופטיות מצוינות וניתן להשתמש בהן לייצור רכיבים של לייזרים, תקשורת סיבים אופטיים וציוד אחר.
2. זרחנים:תרכובות איטריום ממלאות תפקיד חשוב בזרחן ויכולות לפלוט פלואורסצנטי בהיר, ולכן הם משמשים לעתים קרובות לייצור מסכי טלוויזיה, מסכים וציוד תאורה.תחמוצת איטריוםותרכובות אחרות משמשות לעתים קרובות כחומרים זוהרים כדי לשפר את הבהירות והבהירות של האור.
3. תוספי סגסוגת: בייצור של סגסוגות מתכת, איטריום משמש לעתים קרובות כתוסף לשיפור התכונות המכניות ועמידותן בפני קורוזיה של מתכות.סגסוגות איטריוםמשמשים לעתים קרובות לייצור פלדה בעלת חוזק גבוה וסגסוגות אלומיניום, מה שהופך אותם ליותר עמידים בחום ועמידים בפני קורוזיה.
4. זרזים: תרכובות איטריום ממלאות תפקיד חשוב בחלק מהזרזים ויכולות להאיץ את קצב התגובות הכימיות. הם משמשים לייצור מכשירי טיהור פליטות מכוניות וזרזים בתהליכי ייצור תעשייתיים, המסייעים בהפחתת פליטת חומרים מזיקים.
5. טכנולוגיית הדמיה רפואית: איזוטופים איטריום משמשים בטכנולוגיית הדמיה רפואית להכנת איזוטופים רדיואקטיביים, כגון לסימון רדיו-פרמצבטיקה ואבחון הדמיה רפואית גרעינית.

6. טכנולוגיית לייזר:לייזרים יון איטריום הם לייזר נפוץ במצב מוצק המשמש במחקרים מדעיים שונים, רפואת לייזר ויישומים תעשייתיים. ייצור הלייזרים הללו דורש שימוש בתרכובות איטריום מסוימות כמפעילים.אלמנטים איטריוםוהתרכובות שלהם ממלאות תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה ובתעשייה המודרנית, המערבות תחומים רבים כמו אופטיקה, מדעי החומרים ורפואה, ותרמו תרומה חיובית להתקדמות ולפיתוח של החברה האנושית.

תכונות פיזיקליות של איטריום
המספר האטומי שלאיטריוםהוא 39 והסמל הכימי שלו הוא Y.
1. מראה חיצוני:איטריום היא מתכת כסופה-לבנה.
2. צפיפות:צפיפות האיטריום היא 4.47 גרם/סמ"ק, מה שהופך אותו לאחד היסודות הכבדים יחסית בקרום כדור הארץ.
3. נקודת התכה:נקודת ההיתוך של איטריום היא 1522 מעלות צלזיוס (2782 מעלות פרנהייט), המתייחסת לטמפרטורה שבה האיטריום משתנה ממוצק לנוזל בתנאים תרמיים.
4. נקודת רתיחה:נקודת הרתיחה של איטריום היא 3336 מעלות צלזיוס (6037 מעלות פרנהייט), המתייחסת לטמפרטורה שבה איטריום משתנה מנוזל לגז בתנאים תרמיים.
5. שלב:בטמפרטורת החדר, האיטריום נמצא במצב מוצק.
6. מוליכות:איטריום הוא מוליך חשמל טוב עם מוליכות גבוהה, ולכן יש לו יישומים מסוימים בייצור מכשירים אלקטרוניים וטכנולוגיית מעגלים.
7. מגנטיות:איטריום הוא חומר פרמגנטי בטמפרטורת החדר, מה שאומר שאין לו תגובה מגנטית ברורה לשדות מגנטיים.
8. מבנה קריסטל: איטריום קיים במבנה גבישי סגור משושה.
9. נפח אטומי:הנפח האטומי של איטריום הוא 19.8 סנטימטר מעוקב למול, המתייחס לנפח התפוס על ידי מול אחד של אטומי איטריום.
איטריום הוא יסוד מתכתי בעל צפיפות גבוהה יחסית ונקודת התכה, ובעל מוליכות טובה, ולכן יש לו יישומים חשובים באלקטרוניקה, מדעי החומרים ותחומים נוספים. יחד עם זאת, איטריום הוא גם יסוד נדיר נפוץ יחסית, אשר ממלא תפקיד חשוב בחלק מהטכנולוגיות המתקדמות ויישומים תעשייתיים.

תכונות כימיות של איטריום
1. סמל וקבוצה כימיים: הסמל הכימי של איטריום הוא Y, והוא נמצא בתקופה החמישית של הטבלה המחזורית, הקבוצה השלישית, הדומה ליסודות הלנתניד.
2. מבנה אלקטרוני: המבנה האלקטרוני של איטריום הוא 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s². בשכבת האלקטרונים החיצונית, לאיטריום יש שני אלקטרונים ערכיים.
3. מצב ערכיות: איטריום מראה בדרך כלל מצב ערכיות של +3, שהוא מצב הערכיות הנפוץ ביותר, אך הוא יכול להראות גם מצבי ערכיות של +2 ו-+1.
4. תגובתיות: איטריום היא מתכת יציבה יחסית, אך היא תתחמצן בהדרגה בחשיפה לאוויר, ויוצרת שכבת תחמוצת על פני השטח. זה גורם לאיטריום לאבד את הברק שלו. כדי להגן על איטריום, הוא מאוחסן בדרך כלל בסביבה יבשה.

5. תגובה עם תחמוצות: איטריום מגיב עם תחמוצות ליצירת תרכובות שונות, כוללתחמוצת איטריום(Y2O3). תחמוצת איטריום משמשת לעתים קרובות לייצור זרחנים וקרמיקה.
6. **תגובה עם חומצות**: איטריום יכול להגיב עם חומצות חזקות כדי לייצר מלחים מתאימים, כגוןאיטריום כלוריד (YCl3) אואיטריום סולפט (Y2(SO4)3).
7. תגובה עם מים: איטריום אינו מגיב ישירות עם מים בתנאים רגילים, אך בטמפרטורות גבוהות, הוא יכול להגיב עם אדי מים כדי לייצר מימן ותחמוצת איטריום.
8. תגובה עם סולפידים וקרבידים: איטריום יכול להגיב עם סולפידים וקרבידים ליצירת תרכובות מתאימות כגון איטריום גופרתי (YS) ואיטריום קרביד (YC2). 9. איזוטופים: לאיטריום יש איזוטופים מרובים, כשהיציב שבהם הוא איטריום-89 (^89Y), בעל זמן מחצית חיים ארוך ומשמש ברפואה גרעינית ובתיוג איזוטופים.
איטריום הוא יסוד מתכתי יציב יחסית עם מצבי ערכיות מרובים ויכולת תגובה עם יסודות אחרים ליצירת תרכובות. יש לו מגוון רחב של יישומים באופטיקה, מדעי החומרים, הרפואה והתעשייה, במיוחד בזרחנים, ייצור קרמיקה וטכנולוגיית לייזר.

תכונות ביולוגיות של איטריום

התכונות הביולוגיות שלאיטריוםבאורגניזמים חיים מוגבלים יחסית.
1. נוכחות ובליעה: למרות שאיטריום אינו יסוד חיוני לחיים, ניתן למצוא כמויות של איטריום בטבע, כולל אדמה, סלעים ומים. אורגניזמים יכולים לבלוע כמויות עקבות של איטריום דרך שרשרת המזון, בדרך כלל מאדמה וצמחים.
2. זמינות ביולוגית: הזמינות הביולוגית של האיטריום נמוכה יחסית, מה שאומר שאורגניזמים בדרך כלל מתקשים לספוג ולנצל את האיטריום בצורה יעילה. רוב תרכובות האיטריום אינן נספגות בקלות באורגניזמים, ולכן הן נוטות להיות מופרשות.
3. תפוצה באורגניזמים: פעם באורגניזם, איטריום מופץ בעיקר ברקמות כמו כבד, כליות, טחול, ריאות ועצמות. בפרט, עצמות מכילות ריכוזים גבוהים יותר של איטריום.
4. חילוף חומרים והפרשה: חילוף החומרים של איטריום בגוף האדם מוגבל יחסית מכיוון שהוא בדרך כלל עוזב את האורגניזם בהפרשה. רובו מופרש באמצעות שתן, והוא עשוי להיות מופרש גם בצורת עשיית צרכים.

5. רעילות: בשל הזמינות הביולוגית הנמוכה שלו, איטריום לא מצטבר בדרך כלל לרמות מזיקות באורגניזמים נורמליים. עם זאת, לחשיפה לאיטריום במינון גבוה עלולה להיות השפעות מזיקות על אורגניזמים, מה שיוביל להשפעות רעילות. מצב זה מתרחש בדרך כלל לעיתים רחוקות מכיוון שריכוזי האיטריום בטבע בדרך כלל נמוכים והוא אינו בשימוש נרחב או חשוף לאורגניזמים. המאפיינים הביולוגיים של איטריום באורגניזמים מתבטאים בעיקר בנוכחותו בכמויות קורט, זמינות ביולוגית נמוכה, ואי-היותו יסוד הכרחי. לכל החיים. למרות שאין לו השפעות רעילות ברורות על אורגניזמים בנסיבות רגילות, חשיפה לאיטריום במינון גבוה עלולה לגרום לסכנות בריאותיות. לכן, מחקר וניטור מדעיים עדיין חשובים עבור הבטיחות וההשפעות הביולוגיות של איטריום.

תפוצה של איטריום בטבע
איטריום הוא יסוד אדמה נדיר המופץ באופן נרחב יחסית בטבע, אם כי אינו קיים בצורה יסודית טהורה.
1. התרחשות בקרום כדור הארץ: ריבוי האיטריום בקרום כדור הארץ נמוך יחסית, עם ריכוז ממוצע של כ-33 מ"ג/ק"ג. זה הופך את האיטריום לאחד היסודות הנדירים.
איטריום קיים בעיקר בצורת מינרלים, בדרך כלל יחד עם יסודות אדמה נדירים אחרים. כמה מינרלים איטריום עיקריים כוללים נופך ברזל איטריום (YIG) ואיטריום אוקסלט (Y2(C2O4)3).
2. תפוצה גיאוגרפית: מרבצי איטריום מופצים בכל העולם, אך חלק מהאזורים עשויים להיות עשירים באיטריום. ניתן למצוא כמה מרבצי איטריום עיקריים באזורים הבאים: אוסטרליה, סין, ארצות הברית, רוסיה, קנדה, הודו, סקנדינביה וכו'. להפריד את האיטריום. זה בדרך כלל כולל שטיפת חומצה ותהליכי הפרדה כימיים להשגת איטריום בטוהר גבוה.
חשוב לציין כי יסודות אדמה נדירים כגון איטריום אינם קיימים בדרך כלל בצורה של יסודות טהורים, אלא מעורבבים עם יסודות אדמה נדירים אחרים. לכן, מיצוי איטריום בטוהר גבוה יותר דורש תהליכי עיבוד והפרדה כימיים מורכבים. בנוסף, היצע שליסודות אדמה נדיריםמוגבל, ולכן חשובה גם התחשבות בניהול המשאבים שלהם ובקיימות הסביבתית.

כרייה, מיצוי והתכה של יסוד איטריום

איטריום הוא יסוד אדמה נדיר שבדרך כלל אינו קיים בצורה של איטריום טהור, אלא בצורה של עפרת איטריום. להלן מבוא מפורט לתהליך הכרייה והזיקוק של יסוד איטריום:

1. כרייה של עפרות איטריום:
חקר: ראשית, גיאולוגים ומהנדסי כרייה עורכים עבודת חיפושים כדי למצוא מרבצים המכילים איטריום. זה בדרך כלל כרוך במחקרים גיאולוגיים, חקירה גיאופיזית וניתוח מדגם. כרייה: ברגע שנמצא פיקדון המכיל איטריום, העפר נכרה. מרבצים אלה כוללים בדרך כלל עפרות תחמוצת כגון נופך ברזל איטריום (YIG) או איטריום אוקסלט (Y2(C2O4)3). ריסוק עפרות: לאחר הכרייה, בדרך כלל יש לשבור את העפרה לחתיכות קטנות יותר לעיבוד לאחר מכן.
2. מיצוי איטריום:שטיפה כימית: העפרה המרוסקת נשלחת בדרך כלל למתקן התכה, שם מופק איטריום באמצעות שטיפה כימית. תהליך זה משתמש בדרך כלל בתמיסת שטיפה חומצית, כגון חומצה גופרתית, כדי להמיס את האיטריום מהעפרה. הפרדה: ברגע שהאיטריום מומס, הוא מעורבב בדרך כלל עם יסודות אדמה נדירים וזיהומים אחרים. על מנת להפיק איטריום בטוהר גבוה יותר, נדרש תהליך הפרדה, לרוב באמצעות מיצוי ממס, החלפת יונים או שיטות כימיות אחרות. משקעים: איטריום מופרד מיסודות אדמה נדירים אחרים באמצעות תגובות כימיות מתאימות ליצירת תרכובות איטריום טהורות. ייבוש והסתיידות: לרוב יש לייבש ולסייד את תרכובות האיטריום שהתקבלו כדי להסיר כל שאריות של לחות ולכלוכים כדי להשיג סוף סוף מתכת או תרכובות איטריום טהורות.

שיטות זיהוי של איטריום
שיטות הגילוי הנפוצות של איטריום כוללות בעיקר ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית (AAS), ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS), ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן (XRF) וכו'.

1. ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית (AAS):AAS היא שיטת ניתוח כמותית נפוצה המתאימה לקביעת תכולת האיטריום בתמיסה. שיטה זו מבוססת על תופעת הקליטה כאשר אלמנט המטרה בדגימה סופג אור באורך גל מסוים. ראשית, המדגם מומר לצורה הניתנת למדידה באמצעות שלבי טיפול מקדים כגון שריפת גז וייבוש בטמפרטורה גבוהה. לאחר מכן, אור המתאים לאורך הגל של אלמנט המטרה מועבר לתוך הדגימה, נמדדת עוצמת האור הנספגת בדגימה, ומחשבים את תכולת האיטריום בדגימה על ידי השוואה עם תמיסת איטריום סטנדרטית בריכוז ידוע.
2. ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS):ICP-MS היא טכניקה אנליטית רגישה ביותר המתאימה לקביעת תכולת האיטריום בדגימות נוזליות ומוצקות. שיטה זו ממירה את המדגם לחלקיקים טעונים ולאחר מכן משתמשת בספקטרומטר מסה לניתוח מסה. ל-ICP-MS טווח זיהוי רחב ורזולוציה גבוהה, והוא יכול לקבוע את התוכן של מספר אלמנטים בו-זמנית. לזיהוי איטריום, ICP-MS יכול לספק גבולות זיהוי נמוכים מאוד ודיוק גבוה.
3. ספקטרומטריית קרני רנטגן (XRF):XRF היא שיטה אנליטית לא הרסנית המתאימה לקביעת תכולת איטריום בדגימות מוצקות ונוזליות. שיטה זו קובעת את תכולת היסודות על ידי הקרנת פני השטח של הדגימה בקרני רנטגן ומדידת עוצמת השיא האופיינית של ספקטרום הקרינה בדגימה. ל-XRF יש את היתרונות של מהירות מהירה, פעולה פשוטה והיכולת לקבוע מספר אלמנטים בו-זמנית. עם זאת, XRF עשוי להיות מופרע בניתוח של איטריום בעל תוכן נמוך, וכתוצאה מכך שגיאות גדולות.
4. ספקטרומטריית פליטה אופטית של פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-OES):ספקטרומטריית פליטה אופטית של פלזמה בשילוב אינדוקטיבי היא שיטה אנליטית רגישה וסלקטיבית ביותר בשימוש נרחב בניתוח רב-אלמנטים. הוא מחלק את המדגם ויוצר פלזמה למדידת אורך הגל והעוצמה הספציפיים of איטריוםפליטה בספקטרומטר. בנוסף לשיטות הנ"ל, קיימות שיטות נפוצות נוספות לגילוי איטריום, לרבות שיטה אלקטרוכימית, ספקטרופוטומטריה וכו'. הבחירה בשיטת זיהוי מתאימה תלויה בגורמים כגון מאפייני הדגימה, טווח המדידה הנדרש ודיוק הזיהוי ותקני כיול נדרשים לעתים קרובות לבקרת איכות כדי להבטיח את הדיוק והאמינות של תוצאות המדידה.

יישום ספציפי של שיטת הספיגה האטומית של איטריום

במדידת יסודות, ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS) היא טכניקת ניתוח רגישה ביותר ורב-אלמנטים, המשמשת לעתים קרובות לקביעת ריכוז היסודות, כולל איטריום. להלן תהליך מפורט לבדיקת איטריום ב-ICP-MS:

1. הכנה לדוגמא:

בדרך כלל יש להמיס או לפזר את המדגם בצורה נוזלית לצורך ניתוח ICP-MS. ניתן לעשות זאת על ידי פירוק כימי, עיכול חימום או שיטות הכנה מתאימות אחרות.

הכנת הדגימה דורשת תנאים נקיים במיוחד כדי למנוע זיהום על ידי אלמנטים חיצוניים כלשהם. על המעבדה לנקוט באמצעים הדרושים כדי למנוע זיהום בדגימה.

2. יצירת ICP:

ICP נוצר על ידי החדרת ארגון או גז מעורב ארגון חמצן לתוך לפיד פלזמה קוורץ סגור. צימוד אינדוקטיבי בתדר גבוה מייצר להבת פלזמה עזה, שהיא נקודת ההתחלה של הניתוח.

הטמפרטורה של הפלזמה היא בערך 8000 עד 10000 מעלות צלזיוס, שהיא גבוהה מספיק כדי להמיר את היסודות בדגימה למצב יוני.
3. יינון והפרדה:ברגע שהדגימה נכנסת לפלזמה, היסודות בה מיוננים. המשמעות היא שהאטומים מאבדים אלקטרונים אחד או יותר ויוצרים יונים טעונים. ICP-MS משתמש בספקטרומטר מסה כדי להפריד בין יונים של יסודות שונים, בדרך כלל לפי יחס מסה למטען (m/z). זה מאפשר להפריד את היונים של יסודות שונים ולאחר מכן לנתח אותם.
4. ספקטרומטריית מסה:היונים המופרדים נכנסים לספקטרומטר מסה, בדרך כלל ספקטרומטר מסה מרובע פול או ספקטרומטר מסה סורק מגנטי. בספקטרומטר המסה, יונים של יסודות שונים מופרדים ומתגלים בהתאם ליחס המסה למטען שלהם. זה מאפשר לקבוע את הנוכחות והריכוז של כל אלמנט. אחד היתרונות של ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי הוא הרזולוציה הגבוהה שלה, המאפשרת לזהות מספר אלמנטים בו-זמנית.
5. עיבוד נתונים:בדרך כלל יש לעבד ולנתח את הנתונים שנוצרים על ידי ICP-MS כדי לקבוע את ריכוז האלמנטים בדגימה. זה כולל השוואת אות הזיהוי לתקנים של ריכוזים ידועים, וביצוע כיול ותיקון.

6. דוח תוצאות:התוצאה הסופית מוצגת כריכוז או אחוז המסה של היסוד. ניתן להשתמש בתוצאות אלו במגוון יישומים, כולל מדעי כדור הארץ, ניתוח סביבתי, בדיקות מזון, מחקר רפואי וכו'.

ICP-MS היא טכניקה מדויקת ורגישה ביותר המתאימה לניתוח ריבוי אלמנטים, כולל איטריום. עם זאת, הוא דורש מכשור ומומחיות מורכבים, ולכן הוא מבוצע לרוב במעבדה או במרכז ניתוח מקצועי. בעבודה בפועל יש צורך לבחור את שיטת המדידה המתאימה בהתאם לצרכים הספציפיים של האתר. שיטות אלו נמצאות בשימוש נרחב בניתוח ואיתור איטרביום במעבדות ובתעשיות.

לאחר סיכום האמור לעיל, נוכל להסיק כי איטריום הוא יסוד כימי מעניין מאוד בעל תכונות פיסיקליות וכימיות ייחודיות, שהוא בעל משמעות רבה בתחומי המחקר והיישום המדעיים. למרות שהתקדמנו קצת בהבנתנו, יש עדיין שאלות רבות הדורשות מחקר וחקירה נוספים. אני מקווה שההקדמה שלנו יכולה לעזור לקוראים להבין טוב יותר את האלמנט המרתק הזה ולעורר את האהבה של כולם למדע ולעניין בחקר.

למידע נוסף בבקשהפנה אלינולְהַלָן:

טל&מה: 008613524231522

Email:Sales@shxlchem.com