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Quelles sont les caractéristiques de l’yttrium, l’élément chimique portant le symbole Y ?

Par Clément le 11/05/2018 Ressources > Physique-Chimie > Tout Niveau -PC > Le Tableau Périodique > L’Yttrium

Présentation

L’yttrium est un élément chimique qui porte le numéro 39 dans la classification périodique des éléments.

Le tableau périodique des éléments et la place de l’yttrium dans ce dernier.

Informations générales
SymboleY
Numéro atomique39
FamilleMétal de transition
Groupe3
Période5
Blocd
Masse volumique4,469 g.cm-3
CouleurBlanc argenté
Propriétés atomiques
Masse atomique88,90584 u
Rayon atomique180 pm
Configuration électronique[Kr] 5s2 4d1
Électrons par niveau d'énergie2 | 8 | 18 | 9 | 2
OxydeBase faible
Propriétés physiques
État ordinaireSolide
Point de fusion1 522°C
Point d'ébullition3 345°C

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté : La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
  • Point d’ébullition : Le point d’ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.

Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science.

L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Un peu d’histoire

Étymologie

Le nom de l’élément 39, l’yttrium, a été choisi en hommage au village d’ytterby où a été extrait le minerai dans lequel cet élément a été découvert.

Découverte

Qui est Johan Gadolin et qu'a-t-il découvert ? Johan Gadolin est un célèbre scientifique. Un hommage lui a été rendu au travers de l’élément chimique appelé gadolinium

Tout commence en 1789 où un chimiste finlandais portant le nom de Johan Gadolin identifia dans un échantillon de gadolinite, encore appelé ytterbite à l’époque, un nouvel oxyde. Cette roche avait découverte deux ans auparavant par le lieutenant Carl Axel Arrhenius près du village suédois d’Ytterby et ses travaux seront confirmés en 1797 par Anders Gustaf Ekeberg qui décidera de baptiser ce nouvel oxyde yttria.

Johan Gadolin est un chimiste finlandais ayant vécu entre 1760 et 1852. Il est connu pour avoir été le premier à découvrir un élément chimique appartenant à la famille des terres rares : l’yttrium. Le minerai gadolinite et l’élément chimique gadolinium ont été nommés ainsi en son honneur.

Le Suédois Carl Gustav Mosander parviendra près de 50 ans plus tard à isoler plusieurs éléments considérés comme étant des terres rares via le processus alors nouveau de la cristallisation fractionnée.

Les terres rares constituent un groupe de métaux possédant des propriétés proches du scandium 21Sc, de l’yttrium 39Y, et des quinze lanthanides.

La cristallisation fractionnée est un procédé chimique de purification par fractionnement qui repose sur le fait que, dans une solution, deux ou plusieurs solutés peuvent avoir, en général, des solubilités différentes dans le même solvant. Ils vont donc cristalliser à des températures différentes.
En pratique, on chauffe une solution du mélange à séparer puis on le refroidit lentement pour laisser chaque composant du mélange précipiter. Cette méthode repose sur le fait que la solubilité est souvent croissante en fonction de la température.

Contrairement à ce qu’avait étudié plus tôt Anders Gustaf Ekeberg, le scientifique Mosander était persuadé que l’yttria provenant de la gadolinite n’était pas un nouvel élément mais un mélange dont il décidera d’en découvrir les composés.

Il y parviendra en 1842 et obtiendra après les avoir isolés deux oxydes dont l’un, blanc, donnant des sels incolores et qu’il nommera yttrium et un autre, jaune, donnant des sels roses et qu’il nommera, en l’honneur du célèbre dieu de la mythologie nordique, odinium.

Mais son travail n’était pas terminé puisque, un an plus tard, il parviendra via une étape supplémentaire de la cristallisation fractionnée à isoler un troisième oxyde composant de l’yttria. Il décida de conserver le nom yttria pour l’oxyde d’yttrium pur qui est incolore et il nommera la fraction jaune erbine puis la fraction rose terbine.

Présence à l’état naturel

L’yttrium est un élément chimique que l’ont peut trouver naturellement dans l’environnement, très souvent en association dans des minéraux avec des terres-rares mais aussi dans des minerai d’uranium.

Présentant dans la croûte terrestre, c’est un élément relativement abondant, il est en effet le 28e élément le plus abondant avec un clarke de 31 ppm faisant de lui un élément 400 fois plus présent que l’argent.

Le clarke d’un élément chimique définit sa présence moyenne dans la croûte terrestre . Il s’exprime sous la forme d’une fraction massique en pourcentage, ppm (partie par million), ou ppb (partie par milliard)

L’yttrium peut être présent dans différents minéraux tels que :

  • Les sables de monazite, de formule (Ce, La,Th, Nd,Y)PO4
  • La bastnäsite, de formule (Ce, La,Th, Nd,Y)(CO3)F
  • L’allanite, l’orthite
  • La samarkite
  • Et la gadolinite

Attention, ces minerais sont considérés comme étant radioactifs.

Propriétés physiques et chimiques

L’yttrium sous forme de corps simple

Voici à quoi ressemble un échantillon d’yttrium.

C’est un métal argenté et brillant qui, au contact du dioxygène, s’oxyde en surface et se recouvre d’une couche d’oxyde d’yttrium. Il réagit avec l’eau ainsi qu’avec la plupart des acides et des bases en formant du dihydrogène et des ion yttrium.

Les ions de l’yttrium en solution aqueuse

L’ion yttrium III, de formule Y3+, est un cation monoatomique présentant un défaut de trois électrons. Il peut se former lors de la réaction de l’yttrium métallique avec de l’eau ou avec un acide.

Composés à base d’yttrium

L’oxyde d’Yttrium, de formule Y2O3, est un minéral aussi appelé yttria qui se présente en général sous la forme d’une poudre blanche.

Il se forme naturellement en surface de l’yttrium métallique lorsque celui-ci est en contact avec le dioxygène.

Isotopes

Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

L’yttrium possède 33 isotopes connus à ce jour. Leur nombres de masse varient de 76 à 108.

Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome

Parmi tous ces isotopes, seul l’yttrium 89 est stable, ce qui en fait donc un élément monoisotopique et mononucléidique.

On dit d’un élément qu’il est mononucléidique lorsque cet élément n’est présent sur Terre que sous la forme d’un seul nucléide, stable ou non.
On dit d’un élément qu’il est monoisotopique lorsqu’il ne possède qu’un seul isotope stable

Le radioisotope avec la plus petite période radioactive est l’yttrium 76 avec une durée de demie-vie de 500 ns tandis que celui avec la plus longue période radioactive est l’yttrium 91 avec une durée de demie-vie de 58 jours.

On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré

Utilisations

L’yttrium est utilisé dans différents domaines, mais l’une de ses principales utilisation est dans la confection de luminophores rouges pour les écrans cathodiques.

De plus, les grenats de fer et d’yttrium sont utilisés en tant que filtres micro-ondes et d’autres encore, les YAG (Grenat Yttrium Aluminium), imitent le diamant en joaillerie mais peuvent aussi servir à la confection de lasers émettant une lumière infrarouge principalement utilisés dans le médical.

Mais, lorsqu’il est sous forme d’additif, l’utilisation de l’yttrium est tout autre. En effet, il peut servir afin de désoxyder le vanadium tandis que l’yttrium 90 est utilisé dans les traitements contre le cancer.

Présent dans certains supraconducteurs tel que le YBaCuo, il permet à celui-ci de posséder une température critique supérieure à la température d’ébullition de l’azote.

La supraconductivité, ou supraconduction, correspond à un état de la matière dans lequel il y a absence totale de résistance électrique mais dans laquelle il y a expulsion du champ magnétique (on parle d’effet Meissner). On appelle ces matériaux des matériaux supraconducteurs

Avez-vous déjà été en possession d’un bijou porteur d’un grenat ?

Toxicité

Il est important de manipuler l’yttrium avec précaution car celui-ci peut être dangereux. En effet, les vapeurs et les gaz d’yttrium peuvent provoquer des embolies pulmonaires. Ce risque est d’autant plus accru si l’exposition devient prolongée.

En général, l’yttrium, comme les autres terres rares dont les propriétés sont comparables, s’accumulent dans le foie lorsqu’ils sont absorbés.

Écotoxicité

L’yttrium, chez les animaux aquatiques, peut provoquer des dommages au niveau des membranes cellulaires, pénalisant les animaux sur la reproduction mais également sur le système nerveux.

Ces animaux peuvent être mis en contact avec l’yttrium, qui est considéré comme écotoxique à cause des activités humaines.

On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

En effet, l’yttrium et d’autres terres rares sont rejetés dans l’environnement via les industries pétrolières mais aussi par les particuliers abandonnant dans la nature certains équipements ménagers comme les télévisions.

L’yttrium va alors s’accumuler dans le sol et en augmenter les concentrations jusqu’à ruissellement dans le cours d’eau le plus proche.

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