Ytri, một trong những nguyên tố hóa học có biểu tượng Y , đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghệ cao và ngành công nghiệp hiện đại. Bài viết này yeuhoahoc.edu.vn sẽ giới thiệu về nguyên tố Ytri, bao gồm lịch sử, tính chất, ứng dụng, và các vấn đề an toàn liên quan.
Giới thiệu về nguyên tố Ytri
Định nghĩa
Nguyên tố Ytri, với biểu tượng hóa học là Y, tên tiếng anh là Ytri và số nguyên tử là 39, là một nguyên tố kim loại chuyển tiếp màu bạc, mềm, và thường được tìm thấy trong các khoáng vật như xenotim và monazit.
Lịch sử hình thành
Ytri được phát hiện vào năm 1794 bởi nhà hóa học người Thụy Điển Johan Gadolin từ một loại quặng mà ông gọi là “ytterbite”, từ đó có tên gọi là Ytri .
Một số mốc thời gian quan trọng trong lịch sử phát hiện:
- 1794: Johan Gadolin tìm thấy một khoáng chất mới ở Ytterby, Thụy Điển, mà sau này được gọi là ytterite.
- 1808: Anders Gustaf Ekeberg chiết xuất yttria từ ytterite.
- 1828: Carl Gustaf Mosander chiết xuất yttrium từ yttria.
Tầm quan trọng của nguyên tố Ytri trong đời sống
- Ytri được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Hợp kim: Ytri được sử dụng để làm hợp kim với các kim loại khác để cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn.
- Laser: Ytri được sử dụng trong các laser yttrium-aluminium-garnet (YAG) để cắt, hàn và khắc.
- Siêu dẫn: Ytri được sử dụng trong các hợp chất siêu dẫn.
- Y học: Yttrium-90 được sử dụng để điều trị ung thư.
Nguyên tố Ytri trong bảng tuần hoàn hóa học
- Ytri là một kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm 3B trong bảng tuần hoàn hóa học.
- Nó nằm ở chu kỳ 5, nhóm 3.
- Ytri có tính khử yếu hơn các kim loại kiềm thổ nhưng mạnh hơn các kim loại lantan.
| Nhóm | Chu kỳ | Nguyên tử khối (u) | Khối lượng riêng g/cm3 | Nhiệt độ nóng chảy (K9) | Nhiệt độ bay hơi
K |
Nhiệt dung riêng
J/g.K |
Độ âm điện | Tỷ lệ trong vỏ Trái Đất
mg/kg |
| 3 | 5 | 88,90585(2) | 4,469 | 1799 | 3609 | 0,298 | 1,22 | 33 |
Tính chất của nguyên tố Ytri
Tính chất vật lý
- Ytri là kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, mềm dẻo và dễ dát mỏng.
- Nó có khối lượng riêng 4,472 g/cm³, cao hơn so với nước.
- Nhiệt độ nóng chảy của Ytri là 1522 °C và nhiệt độ sôi là 3200 °C.
- Ytri có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
- Nó phản ứng với nước tạo thành ytri hydroxit và khí hydro.
- Ytri khi tiếp xúc và phản ứng với oxi trong không khí sẽ hình thành oxit ytri.
Tính chất hóa học
- Ytri là kim loại có tính khử mạnh.
- Nó dễ dàng phản ứng với các axit, halogen, oxy và nước.
- Ytri có ba trạng thái hóa trị +1, +2 và +3.
- Hợp chất của Ytri thường có màu trắng.
Dưới đây là một số ví dụ về tính chất hóa học của Ytri:
- Phản ứng với axit:
Y(s) + 2HCl(aq) → YCl2(aq) + H2(g)
- Phản ứng với halogen:
Y(s) + Cl2(g) → YCl3(s)
- Phản ứng với oxy:
Y(s) + O2(g) → Y2O3(s)
- Phản ứng với nước:
Y(s) + 2H2O(l) → Y(OH)3(aq) + H2(g)
Lưu ý:
- Ytri là kim loại hoạt động mạnh, do đó cần phải thật cẩn thận khi sử dụng và bảo quản.
- Ytri và các hợp chất của nó có thể gây hại cho sức khỏe nếu tiếp xúc trực tiếp.
Ứng dụng của nguyên tố Ytri
Hợp kim
- Ytri được dùng để làm hợp kim với các kim loại khác như nhôm, magie, và thép để cải thiện độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt độ cao.
- Ví dụ: Hợp kim Yttrium-nhôm được sử dụng trong các bộ phận động cơ máy bay, hợp kim Yttrium-magie được sử dụng trong các dụng cụ y tế và hợp kim Yttrium-thép được sử dụng trong các công cụ cắt gọt.
Laser
- Yttrium được sử dụng để chế tạo các vật liệu laser, đặc biệt là laser YAG (Yttrium Aluminium Garnet).
- Laser YAG có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y học, cắt gọt kim loại, hàn, và khắc.
Siêu dẫn
- Ytri được sử dụng để chế tạo các hợp chất siêu dẫn có nhiệt độ chuyển tiếp cao.
- Hợp chất siêu dẫn YBa2Cu3O7 (YBCO) là một trong những hợp chất siêu dẫn phổ biến nhất.
Y học
- Yttrium-90 là một đồng vị phóng xạ được sử dụng để điều trị ung thư.
- Yttrium-90 được sử dụng trong liệu pháp xạ trị để tiêu diệt các tế bào ung thư.
Các ứng dụng khác
- Ytri được sử dụng trong các lĩnh vực khác như:
- Chế tạo phosphor cho đèn huỳnh quang và đèn LED
- Chế tạo các vật liệu gốm sứ
- Chế tạo các chất xúc tác
- Lọc khí thải
Ngoài ra, Ytri còn có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực mới như:
- Pin nhiên liệu
- Xe điện
- Năng lượng tái tạo
Điều chế và sản xuất nguyên tố Ytri
Điều chế Ytri
Điều chế trong phòng thí nghiệm:
- Phương pháp điện phân:
Phương pháp này sử dụng dòng điện để phân hủy ytri chloride (YCl3) nóng chảy, tạo thành ytri kim loại và khí clo.
Phương trình phản ứng:
YCl3(l) → Y(s) + Cl2(g)
- Phương pháp khử:
Phương pháp này sử dụng kim loại mạnh hơn ytri, chẳng hạn như nhôm, để khử ytri oxit (Y2O3) hoặc ytri florua (YF3) thành ytri kim loại.
Phương trình phản ứng:
3Y2O3(s) + 2Al(s) → 6Y(s) + Al2O3(s)
3YF3(s) + 4Al(s) → 3Y(s) + AlF3(s)
Điều chế trong công nghiệp: Trong quá trình công nghiệp, Yttrium thường được sản xuất từ quặng monazite, xenotime và các khoáng chất khác chứa Yttrium.
Sản xuất Ytri
Ytri được sản xuất chủ yếu từ khoáng chất monazit ((Ce,La,Nd,Th)PO4). Monazit được khai thác và nghiền thành bột mịn. Sau đó, bột monazit được nung nóng để tạo thành ytri oxit (Y2O3). Ytri oxit được khử bằng kim loại mạnh để tạo thành ytri kim loại.
Ytri cũng có thể được sản xuất từ quặng xenotime (YPO4). Quặng xenotime được khai thác và nghiền thành bột mịn. Sau đó, bột xenotime được chuyển đổi thành ytri chloride (YCl3) bằng cách phản ứng với axit hydrochloric (HCl). Ytri chloride được điện phân để tạo thành ytri kim loại và khí clo.
Phản ứng của nguyên tố Ytri (Y)
Ytri là một kim loại đất hiếm có tính hoạt động hóa học cao. Dưới đây là một số phản ứng hóa học điển hình của Ytri:
Phản ứng với nước
Ytri tác dụng với nước, tạo thành dung dịch bazơ mạnh và khí hydro:
2Y + 6H2O → 2Y(OH)3 + 3H2
Ví dụ: Cho một viên Ytri vào nước, ta sẽ quan sát thấy:
- Viên Ytri tan chậm, sủi bọt khí.
- Dung dịch có màu hồng nhạt do có khí hydro thoát ra.
- Dung dịch có tính kiềm, làm quỳ tím chuyển sang màu xanh.
Phản ứng với axit
Ytri tác dụng với axit tạo thành muối Ytri:
Y + 3HCl → YCl3 + 3H2
Ví dụ: Cho Ytri tác dụng với dung dịch axit clohydric:
- Ytri tan, dung dịch sủi bọt khí.
- Khí thoát ra là khí hydro.
- Muối Ytri clorua được tạo thành trong dung dịch.
Phản ứng với oxy
Ytri tác dụng với oxy khi nung nóng, tạo thành oxit Ytri:
4Y + 3O2 → 2Y2O3
Ví dụ: Nung Ytri trong không khí, ta sẽ thấy:
- Ytri cháy sáng, có màu trắng.
- Chất rắn thu được sau khi nung là oxit Ytri.
Phản ứng với halogen
Ytri tác dụng với halogen (như Cl2, Br2) khi nung nóng, tạo thành muối halogenua:
2Y + 3Cl2 → 2YCl3
Phản ứng với kim loại khác
Ytri có thể khử một số kim loại khác từ dung dịch muối của chúng:
Y + CuSO4 → YSO4 + Cu
Tồn tại và khai thác nguyên tố Ytri
Tồn tại
- Ytri là một nguyên tố tương đối hiếm, với hàm lượng trong vỏ Trái đất chỉ khoảng 33 ppm.
- Nó thường được tìm thấy trong các khoáng chất xenotime, monazite và euxenite.
Khai thác
- Ytri được khai thác từ các mỏ xenotime, monazite và euxenite.
- Quá trình khai thác bao gồm nghiền quặng, tuyển nổi và nung nóng để chiết xuất Ytri.
Vấn đề an toàn khi sử dụng nguyên tố Ytri
Ytri là một kim loại hoạt động hóa học cao.
Nó có thể gây bỏng da và mắt.
Khi tiếp xúc với nước, Ytri tạo ra dung dịch bazơ mạnh có thể gây bỏng.
Cần cẩn thận khi tiếp xúc với Ytri và phải tuân thủ các biện pháp an toàn sau:
Đeo găng tay, kính bảo hộ và quần áo bảo hộ khi tiếp xúc với Ytri.
Làm việc trong khu vực thông gió tốt.
Bảo quản Ytri trong bình kín, tránh tiếp xúc với nước và không khí.
Rửa sạch tay sau khi tiếp xúc với Ytri.
Chất lượng và phương thức cung cấp nguyên tố Ytri
Chất lượng
Ytri được cung cấp ở nhiều cấp độ chất lượng khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng. Dưới đây là một số cấp độ chất lượng phổ biến:
- Cấp độ thương mại: Đây là cấp độ chất lượng phổ biến nhất cho Ytri. Nó được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng, bao gồm hợp kim, laser và phosphor.
- Cấp độ cao tinh khiết: Ytri cao tinh khiết được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như sản xuất bán dẫn và nghiên cứu khoa học.
- Cấp độ đồng vị: Ytri đồng vị được sử dụng cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như y học hạt nhân và nghiên cứu khoa học.
Phương thức cung cấp
Ytri được cung cấp dưới dạng kim loại, hợp kim, bột và oxit. Nó cũng có thể được cung cấp dưới dạng dung dịch muối.
Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản về nguyên tố Ytri mà chúng tôi đã tổng hợp. Hãy cùng đọc và khám phá thêm về chủ đề này!
Chúng tôi hy vọng rằng bài viết đã cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc về nguyên tố Ytri. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc muốn tìm hiểu thêm, đừng ngần ngại để lại comment dưới đây nhé!
