معلومات حول عنصر الإيتريوم

يُعد الإيتريوم عنصرًا كيميائيًا يحمل في طياته سحرًا استثنائيًا وندرة غامضة. إنه النجم الساطع في عالم العناصر الكيميائية، الذي اكتشف في عصر ما قبل القرن التاسع عشر، ومنذ ذلك الحين أثار فضول العلماء وتحفز فكر المبدعين.

يختبئ الإيتريوم في أعماق قشرة الأرض، ينتظر أن تكشف البشرية عن أسراره وتستعمله في العديد من المجالات.

انطلق معي في رحلة الاستكشاف المشوقة إلى عالم الإيتريوم، حيث سنتعرف على تاريخ اكتشافه و سنستكشف العديد من الاستخدامات المدهشة التي يُقدمها في مختلف الصناعات والتقنيات الحديثة.

هل تعلم أنه يتميز بخواص فريدة تجعله لا غنى عنه في بعض التطبيقات الحيوية والطبية؟

تم اكتشاف الإيتريوم في أواخر القرن الثامن عشر ، ولكن خلال العقود القليلة الماضية فقط وجد هذا المعدن الفضي الناعم استخدامًا واسع النطاق – في الكيمياء والفيزياء وتكنولوجيا الكمبيوتر والطاقة والطب وغيرها من المجالات.

 ينتمي الإتريوم إلى مجموعة العناصر الثالثة والدورة الخامسة في الجدول الدوري للعناصر. يتم تصنيفه كفلز انتقالي نادر الانتشار.و يوجد اثنان من أكثر تطبيقات الإيتريوم إثارة للاهتمام حيث يدخل في صناعة الليزر والمواد فائقة التوصيل.

خصائص الإيتريوم الفيزيائية:

• يتميز الإيتريوم بسطح فضي لامع ، مثل معظم المعادن الأخرى. يتم تحضيره أيضًا كمسحوق رمادي غامق إلى أسود مع القليل من اللمعان.
• العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 39
• الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Y
• الكتلة الذرية: 88.906
• نقطة الانصهار: 2772 فهرنهايت (1522 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 6053 فهرنهايت (3345 درجة مئوية)
• – الكثافة: 4.47 جرام لكل سنتيمتر مكعب
• الحالة في درجة حرارة الغرفة: صلب

خصائص الإيتريوم الكيميائية:

تتشابه الخصائص الكيميائية للإيتريوم مع خصائص العناصر الأرضية النادرة. يتفاعل مع الماء البارد ببطء ، ومع الماء الساخن بسرعة كبيرة. يذوب في كل من الأحماض والقلويات.

لا يتفاعل معدن الإيتريوم الصلب مع الأكسجين الموجود في الهواء. ومع ذلك ، فإنه يتفاعل بسرعة كبيرة عندما يكون في شكل مسحوق. قد يتفاعل مسحوق الإيتريوم بشكل متفجر مع الأكسجين عند درجات حرارة عالية.

تاريخ اكتشاف عنصر الإيتريوم

في عام 1787 ، اكتشف ملازم في الجيش السويدي وكيميائي بدوام جزئي يُدعى كارل أكسل أرهينيوس صخرة سوداء غير عاديةبالقرب من Ytterby ، وهي بلدة صغيرة بالقرب من العاصمة السويدية ستوكهولم. معتقدًا أنه اكتشف معدنًا جديدًا ثم أرسل أرهينيوس العينة إلى يوهان جادولين ، عالم المعادن والكيمياء في فنلندا ، لتحليلها.

قام جادولين بعزل الإيتريوم داخل المعدن ، والذي سمي لاحقًا باسم الجادولينيت تكريما له.و لكن تم تسمية الإيتريوم باسم Ytterby.

 نستنتج أنه تم اكتشاف عنصر الإيتريوم في عام 1794 بواسطة الكيميائي الفنلندي يوهان جادولين.

وجوده في الطبيعة :

الإيتريوم عنصر يتواجد بشكل معتدل في القشرة الأرضية . تقدر وفرته بحوالي 28 إلى 70 جزءًا في المليون. وهذا يجعل الإيتريوم وفيرًا مثل الكوبالت والنحاس والزنك . كما هو الحال مع العناصر الأخرى .

يوجد الإيتريوم في معظم معادن الأرض النادرة.؛ حيث  يحتوي المعدن الأرضي النادر على واحد أو أكثر – عادةً العديد – من العناصر الأرضية النادرة.

 أهم المعادن الأرضية النادرة هو المونازيت. يوجد المونازيت في العديد من الأماكن في العالم ، وخاصة البرازيل وأستراليا وكندا وأجزاء من الولايات المتحدة . عادة ، يحتوي المونازيت على حوالي 3 في المائة من الإيتريوم.

لاحظ أنه:

في الجدول الدوري للعناصر ، يعتبر الإيتريوم من بين المعادن الانتقالية( المعادن الانتقالية هي تلك العناصر في المجموعات من 3 إلى 12 من الجدول الدوري) .

نلاحظ أن : العنصر فوق الإيتريوم في الجدول الدوري هو سكانديوم. يتم شغل المساحة الموجودة أسفل الإيتريوم من قبل مجموعة من العناصر المعروفة باسم العناصر الأرضية النادرة .

أهم استخدامات عنصر الإيتريوم:

1-قبل عصر التلفزيونات ذات الشاشات المسطحة ، كانت أجهزة التلفزيون تحتوي على أنابيب أشعة الكاثود الكبيرة ، والتي كانت عبارة عن أنابيب زجاجية كبيرة تعرض الصور على الشاشة. أكسيد الإيتريوم ، مختلط بعنصر اليوروبيوم ، أعطى اللون الأحمر لملايين أجهزة التلفاز الملون.

2-يضاف أكسيد الإيتريوم (الإيتريا) إلى أكسيد الزركونيوم (الزركونيا) لصنع سبيكة تعمل على استقرار التركيب البلوري للزركونيا ، والتي تتغير عادةً مع درجة الحرارة. حيث يحبس الإيتريا الهيكل المكعب من الزركونيا ، مما يخلق سيراميكًا يتمتع بصلابة عالية بشكل استثنائي ومناسب للاستخدام في درجات حرارة عالية جدًا.

يستخدم هذا النوع من السيراميك في مجموعة متنوعة من التطبيقات من الإلكترونيات إلى طلاء الحاجز الحراري على المحركات النفاثة إلى الغرسات الطبية.

3-العقيق الصناعي المصنوع من مركب الإيتريوم والألومنيوم كان يباع بشكل شائع في السبعينيات كألماس مقلد وأحجار كريمة أخرى ، لكنه في النهاية أفسح المجال للزركونيا المكعبة. في هذه الأيام ، يتم استخدام عقيق الإيتريوم الألومنيوم  كبلورات تضخيم الضوء في الليزر الصناعي. يتم استخدام عقيق الإيتريوم الحديدي لفلاتر الميكروويف ، وكذلك في الرادار وتكنولوجيا الاتصالات.

ملحوظة هامة جدا: 

الليزر هو جهاز لإنتاج ضوء ساطع للغاية من لون واحد. أحد أشهر أنواع الليزر مصنوع من الإيتريوم والألومنيوم والعقيق.

و العقيق مادة تشبه الأحجار الكريمة ذات تركيبة تشبه الرمل.

4- يستخدم الإيتريوم على نطاق واسع لإنتاج الفوسفور الذي يستخدم في الهواتف المحمولة وشاشات العرض الأكبر حجمًا بالإضافة إلى الإضاءة العامة.

أدى الإيتريوم الموجود في الفوسفور الأحمر في أنابيب التلفزيون الملون إلى انتشار استخدامه في الستينيات والسبعينيات.

5-يعتقد الباحثون أن الإيتريوم 90 قد يجد استخدامًا أوسع في المستقبل لعلاج السرطان. تتمثل إحدى مزايا استخدام هذا النظير في سهولة الحصول عليه.

6-يستخدم في إنتاج الملابس الصناعية وملابس الإيتريوم الحديدية.

7-يعمل كإلكتروليت صلب وكمستشعر أكسجين في أنظمة عوادم السيارات.

8-غالبًا ما يستخدم الإيتريوم في صناعة السبائك مع معادن أخرى. تُصنع السبيكة عن طريق صهر وخلط معدنين أو أكثر. للخليط خصائص مختلفة عن تلك الخاصة بالمعادن الفردية.

يوجد اثنان من أكثر تطبيقات الإيتريوم إثارة للاهتمام حيث يدخل في صناعة الليزر والمواد فائقة التوصيل.

ملاحظات هامة جدا :

-المواد فائقة التوصيل هي مواد ليس لها مقاومة لتدفق التيار الكهربائي . التيار الكهربائي الذي يبدأ في التدفق من خلالها لا يتوقف أبدًا. قد يكون للمواد فائقة التوصيل العديد من التطبيقات المهمة جدًا في المستقبل.

-من الاستخدامات الجديدة الهامة للإيتريوم في الموصلات الفائقة. تم اكتشاف الموصلات الفائقة لأول مرة من قبل الفيزيائي الهولندي Heike Kamerlingh-Onnes (1853-1926) في عام 1911. ووجد Kamerlingh-Onnes أن بعض المعادن المبردة إلى الصفر المطلق تقريبًا فقدت كل مقاومة للتيار الكهربائي.

-الصفر المطلق هو أبرد درجة حرارة ممكنة ، حوالي -273 درجة مئوية بمجرد بدء تيار كهربائي في هذه المعادن شديدة البرودة ، يمكن أن يستمر إلى الأبد. لذلك تسمى هذه المعادن بالموصلات الفائقة.

-لم تتقدم الأبحاث على الموصلات الفائقة كثيرًا لمدة سبعين عامًا. من الصعب جدًا إنتاج درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، ومن الصعب العمل مع المواد في درجات الحرارة هذه.

-قد تكون الموصلات الفائقة مواد مهمة جدًا في المستقبل. عادة لا تعمل الآلات الكهربائية بكفاءة عالية. يتم فقدان الكثير من الطاقة الكهربائية بسبب المقاومة في الأسلاك و أجزاء أخرى في الماكينة ، حيث يتحول جزء من الطاقة الكهربائية إلى حرارة.

-في آلة مصنوعة من مواد فائقة التوصيل ، لن يواجه التيار الكهربائي أي مقاومة على الإطلاق. يمكن استخدام كل الطاقة الكهربائية بشكل منتج.و بالتالي يمكن أن تجعل الآلة تعمل ، بدلاً من أن تضيع كحرارة.

المراجع :

1- موقع www.livescience.com أطلعت عليه بتاريخ 3/7/2023.

2- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 3/7/2023.

3- موقع www.chemistrylearner.com أطلعت عليه بتاريخ 3/7/2023.

2- موقع www.encyclopedia.com أطلعت عليه بتاريخ 3/7/2023.