Você sabia? O processo de descoberta do ser humanoítrioestava cheio de reviravoltas e desafios. Em 1787, o sueco Karl Axel Arrhenius descobriu acidentalmente um minério preto denso e pesado em uma pedreira perto de sua cidade natal, a vila de Ytterby, e o chamou de "Ytterbite". Depois disso, muitos cientistas, incluindo Johan Gadolin, Anders Gustav Ekberg, Friedrich Wöhler e outros, conduziram pesquisas aprofundadas sobre este minério.
Em 1794, o químico finlandês Johan Gadolin separou com sucesso um novo óxido do minério de itérbio e chamou-o de ítrio. Esta foi a primeira vez que os humanos descobriram claramente um elemento de terra rara. No entanto, esta descoberta não atraiu imediatamente a atenção generalizada.
Com o tempo, os cientistas descobriram outros elementos de terras raras. Em 1803, o alemão Klaproth e os suecos Hitzinger e Berzelius descobriram o cério. Em 1839, o sueco Mosander descobriulantânio. Em 1843, ele descobriu o érbio etérbio. Essas descobertas forneceram uma base importante para pesquisas científicas subsequentes.
Somente no final do século 19 os cientistas separaram com sucesso o elemento "ítrio" do minério de ítrio. Em 1885, o austríaco Wilsbach descobriu o neodímio e o praseodímio. Em 1886, Bois-Baudran descobriudisprósio. Estas descobertas enriqueceram ainda mais a grande família de elementos de terras raras.
Durante mais de um século após a descoberta do ítrio, devido às limitações das condições técnicas, os cientistas não conseguiram purificar este elemento, o que também tem causado algumas disputas e erros académicos. No entanto, isso não impediu os cientistas de se entusiasmarem com o estudo do ítrio.
No início do século 20, com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, os cientistas finalmente começaram a purificar os elementos de terras raras. Em 1901, o francês Eugene de Marseille descobriueurópio. Em 1907-1908, o austríaco Wilsbach e o francês Urbain descobriram independentemente o lutécio. Essas descobertas forneceram uma base importante para pesquisas científicas subsequentes.
Na ciência e tecnologia modernas, a aplicação do ítrio está se tornando cada vez mais extensa. Com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, a nossa compreensão e aplicação do ítrio tornar-se-ão cada vez mais aprofundadas.
Campos de aplicação do elemento ítrio
1.Vidro óptico e cerâmica:O ítrio é amplamente utilizado na fabricação de vidros ópticos e cerâmicas, principalmente na fabricação de cerâmicas transparentes e vidros ópticos. Seus compostos possuem excelentes propriedades ópticas e podem ser utilizados na fabricação de componentes de lasers, comunicações de fibra óptica e outros equipamentos.
2. Fósforos:Os compostos de ítrio desempenham um papel importante nos fósforos e podem emitir fluorescência brilhante, por isso são frequentemente usados na fabricação de telas de TV, monitores e equipamentos de iluminação.Óxido de ítrioe outros compostos são frequentemente usados como materiais luminescentes para aumentar o brilho e a clareza da luz.
3. Aditivos de liga: Na produção de ligas metálicas, o ítrio é frequentemente usado como aditivo para melhorar as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão dos metais.Ligas de ítriosão frequentemente usados para fabricar aço de alta resistência eligas de alumínio, tornando-os mais resistentes ao calor e à corrosão.
4. Catalisadores: Os compostos de ítrio desempenham um papel importante em alguns catalisadores e podem acelerar a taxa de reações químicas. Eles são utilizados na fabricação de dispositivos de purificação de escapamentos de automóveis e catalisadores em processos de produção industrial, ajudando a reduzir a emissão de substâncias nocivas.
5. Tecnologia de imagens médicas: Os isótopos de ítrio são usados na tecnologia de imagens médicas para preparar isótopos radioativos, como para rotulagem de radiofármacos e diagnóstico de imagens médicas nucleares.
6. Tecnologia laser:Os lasers de íon de ítrio são um laser de estado sólido comum usado em diversas pesquisas científicas, medicina a laser e aplicações industriais. A fabricação desses lasers requer o uso de certos compostos de ítrio como ativadores.Elementos de ítrioe os seus compostos desempenham um papel importante na ciência, tecnologia e indústria modernas, envolvendo muitos campos como a óptica, a ciência dos materiais e a medicina, e têm feito contribuições positivas para o progresso e desenvolvimento da sociedade humana.
Propriedades físicas do ítrio
O número atômico deítrioé 39 e seu símbolo químico é Y.
1. Aparência:O ítrio é um metal branco prateado.
2. Densidade:A densidade do ítrio é de 4,47 g/cm3, o que o torna um dos elementos relativamente pesados da crosta terrestre.
3. Ponto de fusão:O ponto de fusão do ítrio é 1.522 graus Celsius (2.782 graus Fahrenheit), que se refere à temperatura na qual o ítrio muda de sólido para líquido sob condições térmicas.
4. Ponto de ebulição:O ponto de ebulição do ítrio é 3.336 graus Celsius (6.037 graus Fahrenheit), que se refere à temperatura na qual o ítrio muda de líquido para gás sob condições térmicas.
5. Fase:À temperatura ambiente, o ítrio está no estado sólido.
6. Condutividade:O ítrio é um bom condutor de eletricidade com alta condutividade, por isso tem certas aplicações na fabricação de dispositivos eletrônicos e na tecnologia de circuitos.
7. Magnetismo:O ítrio é um material paramagnético à temperatura ambiente, o que significa que não possui resposta magnética óbvia aos campos magnéticos.
8. Estrutura cristalina: O ítrio existe em uma estrutura cristalina hexagonal compacta.
9. Volume atômico:O volume atômico do ítrio é de 19,8 centímetros cúbicos por mol, que se refere ao volume ocupado por um mol de átomos de ítrio.
O ítrio é um elemento metálico com densidade e ponto de fusão relativamente altos e possui boa condutividade, por isso tem aplicações importantes em eletrônica, ciência de materiais e outros campos. Ao mesmo tempo, o ítrio também é um elemento raro relativamente comum, que desempenha um papel importante em algumas tecnologias avançadas e aplicações industriais.
Propriedades químicas do ítrio
1. Símbolo químico e grupo: O símbolo químico do ítrio é Y, e está localizado no quinto período da tabela periódica, o terceiro grupo, que é semelhante aos elementos lantanídeos.
2. Estrutura eletrônica: A estrutura eletrônica do ítrio é 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s². Na camada externa de elétrons, o ítrio possui dois elétrons de valência.
3. Estado de valência: O ítrio geralmente mostra um estado de valência de +3, que é o estado de valência mais comum, mas também pode mostrar estados de valência de +2 e +1.
4. Reatividade: O ítrio é um metal relativamente estável, mas oxidará gradualmente quando exposto ao ar, formando uma camada de óxido na superfície. Isso faz com que o ítrio perca seu brilho. Para proteger o ítrio, geralmente é armazenado em ambiente seco.
5. Reação com óxidos: O ítrio reage com óxidos para formar vários compostos, incluindoóxido de ítrio(Y2O3). O óxido de ítrio é frequentemente usado para fazer fósforos e cerâmicas.
6. **Reação com ácidos**: O ítrio pode reagir com ácidos fortes para produzir sais correspondentes, comocloreto de ítrio (YCl3) ousulfato de ítrio (Y2(SO4)3).
7. Reação com água: O ítrio não reage diretamente com a água em condições normais, mas em altas temperaturas pode reagir com o vapor de água para produzir hidrogênio e óxido de ítrio.
8. Reação com sulfetos e carbonetos: O ítrio pode reagir com sulfetos e carbonetos para formar compostos correspondentes, como sulfeto de ítrio (YS) e carboneto de ítrio (YC2). 9. Isótopos: O ítrio possui vários isótopos, o mais estável dos quais é o ítrio-89 (^89Y), que tem meia-vida longa e é usado em medicina nuclear e marcação de isótopos.
O ítrio é um elemento metálico relativamente estável com múltiplos estados de valência e capacidade de reagir com outros elementos para formar compostos. Tem uma ampla gama de aplicações em óptica, ciência de materiais, medicina e indústria, especialmente em fósforos, fabricação de cerâmica e tecnologia laser.
Propriedades biológicas do ítrio
As propriedades biológicas deítrionos organismos vivos são relativamente limitados.
1. Presença e ingestão: Embora o ítrio não seja um elemento essencial à vida, vestígios de ítrio podem ser encontrados na natureza, incluindo solo, rochas e água. Os organismos podem ingerir vestígios de ítrio através da cadeia alimentar, geralmente do solo e das plantas.
2. Biodisponibilidade: A biodisponibilidade do ítrio é relativamente baixa, o que significa que os organismos geralmente têm dificuldade em absorver e utilizar o ítrio de forma eficaz. A maioria dos compostos de ítrio não são facilmente absorvidos pelos organismos, por isso tendem a ser excretados.
3. Distribuição nos organismos: Uma vez no organismo, o ítrio é distribuído principalmente em tecidos como fígado, rim, baço, pulmões e ossos. Em particular, os ossos contêm concentrações mais elevadas de ítrio.
4. Metabolismo e excreção: O metabolismo do ítrio no corpo humano é relativamente limitado porque geralmente sai do organismo por excreção. A maior parte é excretada pela urina e também pode ser excretada na forma de defecação.
5. Toxicidade: Devido à sua baixa biodisponibilidade, o ítrio normalmente não se acumula em níveis prejudiciais em organismos normais. No entanto, a exposição a altas doses de ítrio pode ter efeitos nocivos nos organismos, levando a efeitos tóxicos. Esta situação geralmente ocorre raramente porque as concentrações de ítrio na natureza são geralmente baixas e não é amplamente utilizado ou exposto aos organismos. As características biológicas do ítrio nos organismos manifestam-se principalmente na sua presença em pequenas quantidades, baixa biodisponibilidade e não sendo um elemento necessário. para a vida. Embora não tenha efeitos tóxicos óbvios nos organismos em circunstâncias normais, a exposição a altas doses de ítrio pode causar riscos à saúde. Portanto, a investigação científica e a monitorização ainda são importantes para a segurança e os efeitos biológicos do ítrio.
Distribuição de ítrio na natureza
O ítrio é um elemento de terra rara que está relativamente amplamente distribuído na natureza, embora não exista na forma elementar pura.
1. Ocorrência na crosta terrestre: A abundância de ítrio na crosta terrestre é relativamente baixa, com uma concentração média de cerca de 33 mg/kg. Isso torna o ítrio um dos elementos raros.
O ítrio existe principalmente na forma de minerais, geralmente junto com outros elementos de terras raras. Alguns dos principais minerais de ítrio incluem granada de ítrio e ferro (YIG) e oxalato de ítrio (Y2(C2O4)3).
2. Distribuição geográfica: Os depósitos de ítrio estão distribuídos por todo o mundo, mas algumas áreas podem ser ricas em ítrio. Alguns dos principais depósitos de ítrio podem ser encontrados nas seguintes regiões: Austrália, China, Estados Unidos, Rússia, Canadá, Índia, Escandinávia, etc. 3. Extração e Processamento: Uma vez extraído o minério de ítrio, geralmente é necessário processamento químico para extrair e separar o ítrio. Isso geralmente envolve lixiviação ácida e processos de separação química para obter ítrio de alta pureza.
É importante notar que os elementos de terras raras, como o ítrio, geralmente não existem na forma de elementos puros, mas são misturados com outros elementos de terras raras. Portanto, a extração de ítrio de maior pureza requer processamento químico complexo e processos de separação. Além disso, o fornecimento deelementos de terras rarasé limitada, pelo que a consideração da sua gestão de recursos e da sustentabilidade ambiental também é importante.
Mineração, extração e fundição do elemento ítrio
O ítrio é um elemento de terra rara que geralmente não existe na forma de ítrio puro, mas na forma de minério de ítrio. A seguir está uma introdução detalhada ao processo de mineração e refino do elemento ítrio:
1. Mineração de minério de ítrio:
Exploração: Primeiro, geólogos e engenheiros de minas realizam trabalhos de exploração para encontrar depósitos contendo ítrio. Isso geralmente envolve estudos geológicos, exploração geofísica e análise de amostras. Mineração: Uma vez encontrado um depósito contendo ítrio, o minério é extraído. Esses depósitos geralmente incluem minérios de óxido, como granada de ítrio e ferro (YIG) ou oxalato de ítrio (Y2(C2O4)3). Britagem de minério: Após a mineração, o minério geralmente precisa ser quebrado em pedaços menores para processamento posterior.
2. Extração de ítrio:Lixiviação química: O minério triturado geralmente é enviado para uma fundição, onde o ítrio é extraído por lixiviação química. Este processo geralmente utiliza uma solução de lixiviação ácida, como o ácido sulfúrico, para dissolver o ítrio do minério. Separação: Uma vez dissolvido, o ítrio é geralmente misturado com outros elementos de terras raras e impurezas. Para extrair ítrio de maior pureza, é necessário um processo de separação, geralmente utilizando extração por solvente, troca iônica ou outros métodos químicos. Precipitação: O ítrio é separado de outros elementos de terras raras através de reações químicas apropriadas para formar compostos de ítrio puro. Secagem e calcinação: Os compostos de ítrio obtidos geralmente precisam ser secos e calcinados para remover qualquer umidade residual e impurezas para finalmente obter compostos ou metais de ítrio puro.
Métodos de detecção de ítrio
Os métodos comuns de detecção de ítrio incluem principalmente espectroscopia de absorção atômica (AAS), espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS), espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF), etc.
1. Espectroscopia de absorção atômica (AAS):AAS é um método de análise quantitativa comumente usado, adequado para determinar o conteúdo de ítrio em solução. Este método é baseado no fenômeno de absorção quando o elemento alvo na amostra absorve luz de um comprimento de onda específico. Primeiro, a amostra é convertida em uma forma mensurável através de etapas de pré-tratamento, como combustão de gás e secagem em alta temperatura. Em seguida, a luz correspondente ao comprimento de onda do elemento alvo é passada para a amostra, a intensidade da luz absorvida pela amostra é medida e o teor de ítrio na amostra é calculado comparando-o com uma solução padrão de ítrio de concentração conhecida.
2. Espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS):ICP-MS é uma técnica analítica altamente sensível, adequada para determinar o teor de ítrio em amostras líquidas e sólidas. Este método converte a amostra em partículas carregadas e então usa um espectrômetro de massa para análise de massa. O ICP-MS possui amplo alcance de detecção e alta resolução, podendo determinar o conteúdo de vários elementos ao mesmo tempo. Para a detecção de ítrio, o ICP-MS pode fornecer limites de detecção muito baixos e alta precisão.
3. Espectrometria de fluorescência de raios X (XRF):XRF é um método analítico não destrutivo adequado para a determinação do teor de ítrio em amostras sólidas e líquidas. Este método determina o conteúdo do elemento irradiando a superfície da amostra com raios X e medindo a intensidade do pico característico do espectro de fluorescência na amostra. O XRF tem as vantagens de velocidade rápida, operação simples e capacidade de determinar vários elementos ao mesmo tempo. No entanto, o XRF pode sofrer interferência na análise de ítrio com baixo teor, resultando em grandes erros.
4. Espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES):A espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado é um método analítico altamente sensível e seletivo amplamente utilizado em análises multielementares. Ele atomiza a amostra e forma um plasma para medir o comprimento de onda específico e a intensidade dof ítrioemissão no espectrômetro. Além dos métodos acima, existem outros métodos comumente usados para detecção de ítrio, incluindo método eletroquímico, espectrofotometria, etc. A seleção de um método de detecção adequado depende de fatores como propriedades da amostra, faixa de medição necessária e precisão de detecção e padrões de calibração. são frequentemente necessários para o controle de qualidade para garantir a precisão e a confiabilidade dos resultados da medição.
Aplicação específica do método de absorção atômica de ítrio
Na medição de elementos, a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) é uma técnica de análise altamente sensível e multielementar, que é frequentemente usada para determinar a concentração de elementos, incluindo ítrio. A seguir está um processo detalhado para testar ítrio em ICP-MS:
1. Preparação da amostra:
A amostra geralmente precisa ser dissolvida ou dispersa em forma líquida para análise de ICP-MS. Isto pode ser feito por dissolução química, digestão por aquecimento ou outros métodos de preparação apropriados.
A preparação da amostra requer condições extremamente limpas para evitar contaminação por quaisquer elementos externos. O laboratório deve tomar as medidas necessárias para evitar a contaminação da amostra.
2. Geração de ICP:
O ICP é gerado pela introdução de argônio ou gás misto argônio-oxigênio em uma tocha fechada de plasma de quartzo. O acoplamento indutivo de alta frequência produz uma intensa chama de plasma, que é o ponto de partida da análise.
A temperatura do plasma é de cerca de 8.000 a 10.000 graus Celsius, o que é alto o suficiente para converter os elementos da amostra em estado iônico.
3. Ionização e separação:Assim que a amostra entra no plasma, os elementos contidos nela são ionizados. Isso significa que os átomos perdem um ou mais elétrons, formando íons carregados. O ICP-MS usa um espectrômetro de massa para separar os íons de diferentes elementos, geralmente pela razão massa-carga (m/z). Isso permite que os íons de diferentes elementos sejam separados e posteriormente analisados.
4. Espectrometria de massa:Os íons separados entram em um espectrômetro de massa, geralmente um espectrômetro de massa quadrupolo ou um espectrômetro de massa de varredura magnética. No espectrômetro de massa, os íons de diferentes elementos são separados e detectados de acordo com sua relação massa/carga. Isso permite determinar a presença e concentração de cada elemento. Uma das vantagens da espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado é sua alta resolução, que permite detectar múltiplos elementos simultaneamente.
5. Processamento de dados:Os dados gerados pelo ICP-MS geralmente precisam ser processados e analisados para determinar a concentração dos elementos na amostra. Isto inclui comparar o sinal de detecção com padrões de concentrações conhecidas e realizar calibração e correção.
6. Relatório de Resultados:O resultado final é apresentado como a concentração ou porcentagem em massa do elemento. Esses resultados podem ser usados em diversas aplicações, incluindo ciências da terra, análise ambiental, testes de alimentos, pesquisa médica, etc.
ICP-MS é uma técnica altamente precisa e sensível, adequada para análise de múltiplos elementos, incluindo ítrio. No entanto, requer instrumentação e conhecimento complexos, por isso geralmente é realizado em um laboratório ou centro de análise profissional. No trabalho real, é necessário selecionar o método de medição adequado de acordo com as necessidades específicas do local. Esses métodos são amplamente utilizados na análise e detecção de itérbio em laboratórios e indústrias.
Depois de resumir o acima exposto, podemos concluir que o ítrio é um elemento químico muito interessante com propriedades físicas e químicas únicas, que é de grande importância na pesquisa científica e nos campos de aplicação. Embora tenhamos feito algum progresso na nossa compreensão do assunto, ainda há muitas questões que necessitam de mais investigação e exploração. Espero que a nossa introdução possa ajudar os leitores a compreender melhor este elemento fascinante e inspirar o amor de todos pela ciência e o interesse pela exploração.
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Horário da postagem: 28 de novembro de 2024