• Αναζήτηση
  • Υττριο: μέσα από τον διπρόσωπο καθρέφτη

    Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ύττριο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

    Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ύττριο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.
    Βίος και πολιτεία
    «Τα πάντα για το ύττριο» έχουμε σήμερα. Αξίζει τον κόπο; Είναι πολλά ή λίγα και ποιος νοιάζεται άραγε να μάθει γι’ αυτό το στοιχείο για το οποίο μπορεί και να μην έχει ξανακούσει να γίνεται λόγος; Το ύττριο λοιπόν είναι ένα στοιχείο με ιδιότητες μεταλλικές, άρα είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Και «καλός αγωγός» στα μεταλλικά στερεά σημαίνει μια θάλασσα ηλεκτρονίων που να μπορεί να μετακινείται παρακινημένη από ένα έστω και πολύ μικρό ηλεκτρικό ερέθισμα. Αυτή την ιδιότητα δεν την έχει βέβαια μόνο το ύττριο, αλλά πρόκειται για ένα κρατούμενο που θα μας χρησιμεύσει λίγο αργότερα. Η πιο ξεχωριστή όμως ιδιότητα αυτού του στοιχείου είναι η συμπεριφορά του σε σχέση με το υδρογόνο. Ενα υπέρλεπτο στρώμα πάχους 500 δισεκατομμυριοστών του μέτρου από ύττριο τοποθετείται σε μια γυάλινη επιφάνεια και δημιουργείται ένας καθρέφτης, δηλαδή το φως ανακλάται. Το 1996 ολλανδοί ερευνητές στο Αμστερνταμ παρατήρησαν ότι, όταν βρεθεί μια τέτοια επίστρωση σε περιβάλλον υδρογόνου, με τη σύνδεση δύο ατόμων του αερίου με κάθε ιόν του υττρίου ενισχύονται οι μεταλλικές ιδιότητες της διάταξης και ο καθρέφτης γίνεται ακόμη καλύτερος, δηλαδή ακόμη πιο ανακλαστικός. Και έως εδώ αυτό ήταν ενδιαφέρον αλλά όχι καταπληκτικό. Συνεχίζοντας όμως την παροχή υδρογόνου και φθάνοντας στο να συνδέονται περίπου 2,85 άτομα κατά μέσον όρο με κάθε ιόν υττρίου, η αντανάκλαση εξασθενεί και επανερχόμαστε σε μια κατάσταση διαφάνειας! Και ακόμη πιο ενδιαφέρον ήταν το ότι διώχνοντας το υδρογόνο με κάποιον τρόπο το υλικό αποκτούσε τις προηγούμενες ιδιότητές του, ξαναγινόταν δηλαδή καθρέφτης. Οπότε είχε βρεθεί ένας τρόπος, στο εργαστήριο φυσικά και κάτω από πολύ ειδικές συνθήκες, να αλλάζεις την ανακλαστικότητα επιφανειών που ήταν στην αρχή διαφανείς. Οι ενώσεις του υτρίου με υδρογόνο ονομάζονται υδρίδια (διυδρίδιο όταν είναι δύο τα υδρογόνα και τριυδρίδιο όταν είναι τρία) και είχαμε μια πολύ ενδιαφέρουσα μετάβαση, με τη βοήθεια των υδριδίων αυτών, από συμπεριφορά μονωτή σε συμπεριφορά αγωγού και μάλιστα αναστρέψιμη. Η εφαρμογή στην πράξη όλων αυτών βέβαια αποδείχθηκε αρκετά πιο δύσκολη και πέρασαν περισσότερο από 15 χρόνια ώσπου να προχωρήσουν κάπως τα πράγματα και να έχουμε πιο απτές εφαρμογές. Τώρα, δηλαδή, υπάρχουν καθρέφτες που μετατρέπονται σε σχεδόν διάφανες επιφάνειες και διατάξεις με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας που πότε δουλεύουν σαν κεραίες, δηλαδή είναι αγώγιμες, και όταν διοχετευθεί υδρογόνο σ’ αυτές αλλάζουν συμπεριφορά.
    Γιατί το είπαν έτσι
    Το 1782, ο γνωστός από άλλες, πολύ μεγάλες συνεισφορές του στη Χημεία Καρλ Αξελ Αρένιους (1757-1824), επειδή κατάλαβε ότι ήταν κάτι πολύ ενδιαφέρον, έδωσε ένα θραύσμα παράξενου σκοτεινόχρωμου βράχου που είχε βρεθεί σε ορυχείο στο Ytterby, λίγο πιο έξω από τη Στοκχόλμη, στον χημικό συνάδελφό του Γιόχαν Γκαντολίν. Οι έρευνες του Γκαντολίν επιβεβαιώθηκαν το 1797 από τον σουηδό συνάδελφό του Αντερς Εκερμπεργκ και εκείνος, επειδή η προέλευση του θραύσματος ήταν από την τοποθεσία Ytterby (By στα σουηδικά σημαίνει χωριό και Ytter σημαίνει εξώτερο), ονόμασε το ορυκτό αυτό υττρία. Μέσα σε αυτό περιεχόταν το οξείδιο ενός νέου στοιχείου που ήταν πολύ δύσκολο να του αφαιρέσεις το οξυγόνο για να πάρεις το καθαρό νέο και άγνωστο έως τότε στοιχείο που ονομάστηκε ύττριο. Μόλις το 1828 απομονώθηκε το καθαρό ύττριο από τον Φρίντριχ Βέλερ.
    Αριθμοί κυκλοφορίας
    Ατομικός αριθμός:       39
    Ατομικό βάρος:       88.905
    Σημείο τήξης:       1.522οC
    Σημείο ζέσης:       3.338οC
    Πυκνότητα:       4,47 gr/cm3
    Αριθμός ισοτόπων:       34
    Τι θέλει από τη ζωή μας
    Αν ψαχτούμε προσεκτικά στον οργανισμό μας θα βρούμε το πολύ μισό χιλιοστό του γραμμαρίου ύττριο. Το ραδιενεργό ισότοπο ύττριο-90 χρησιμοποιείται για τη θεραπεία μορφών καρκίνου που παρουσιάζονται στις ωοθήκες, στο παχύ έντερο, στο πάγκρεας και στη λευχαιμία. Οπως αναφέρεται σε ιατρικές μελέτες, προσκολλάται σε μονοκλωνικά αντισώματα (mAb) και αυτά με τη σειρά τους στα καρκινικά κύτταρα. Με συνέπεια, καθώς το ραδιενεργό ισότοπο μετασχηματίζεται σε άλλο στοιχείο εκπέμποντας ακτινοβολία, να βομβαρδιστούν με την ακτινοβολία αυτή, δηλαδή ηλεκτρόνια με αρκετή ενέργεια, τα καρκινικά κύτταρα, οπότε προκαλείται ο  θάνατός τους. Επίσης έχουν κατασκευαστεί βελόνες από ύττριο-90 για να χρησιμοποιούνται σαν νυστέρια πολύ μεγάλης ακρίβειας όταν πρέπει  να γίνουν επεμβάσεις σε νεύρα σχετικά με τους πόνους στη σπονδυλική στήλη και στις αρθρώσεις για τη θεραπεία της ρευματοειδούς αρθρίτιδας. Ερευνητικά, σε πειραματόζωα ερευνούν το κατά πόσον είναι δυνατόν με τη βοήθεια ακτίνας από λέιζερ νεοδυμίου – υττρίου – αργιλίου να ενεργούνται ρομποτικές προστατεκτομές μεγάλης ακρίβειας για να μην καταστρέφονται γειτονικοί προς τον προστάτη ιστοί.
    Πόλεμος και ειρήνη
    Παράγονται περίπου 9.000 τόνοι οξειδίου του υττρίου κάθε χρόνο, ενώ υπολογίζεται ότι συνολικά στον πλανήτη Γη υπάρχουν κάπου 9 εκατ. τόνοι. Κάθε χρόνο παράγονται και λίγοι τόνοι καθαρού μετάλλου θερμαίνοντας φθοριούχο ύττριο με ασβέστιο.
    Οσον αφορά τον πόλεμο, εδώ αναφερόμαστε στο κράμα αργιλίου – υττρίου – νικελίου που ανακοινώθηκε το 2006 από τα στρατιωτικά εργαστήρια Ames και την Pratt and Whitney και ήταν και πιο ελαφρύ και πιο ανθεκτικό από τα προηγούμενα υλικά (μιάμιση φορά πιο ανθεκτικό από το σκέτο αλουμίνιο) για τα ψυχρά μέρη των κινητήρων και για τις πτέρυγες αρχικά των F-35. Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος High-Pressure-Gas-Atomization (HPGA), όπου από ειδικό ακροφύσιο εκτινάσσεται το λιωμένο κράμα και συναντάται με ένα ρεύμα ηλίου ή αζώτου, οπότε προκύπτει ένα υλικό λεπτά διαμερισμένο και άμορφο που δεν έχει κρυσταλλικές τάσεις και τον κίνδυνο να εμφανιστούν ρωγμές.
    Για ειρηνικούς σκοπούς τώρα, σε ανάμειξη με σίδηρο κατασκευάζουν κρυστάλλους σε τέτοιο μέγεθος ώστε να χρησιμοποιούνται, όπου απαιτούνται, υψηλής απόδοσης γυάλινα μέρη για οπτικά συστήματα.
    Κάτι ακόμη ενδιαφέρον είναι η χρήση του υττρίου σε συσκευές λέιζερ, στις γνωστές YAG, που λειτουργούν δηλαδή με ύττριο – αργίλιο και έχουν γίνει το βασικό εργαλείο για επεμβάσεις αισθητικής, αποτριχώσεις και εξαφάνιση ρυτίδων και ευρειαγγειών.
    Απορίες λογικές και μη

    Πώς χρησιμοποιούν το YAG λέιζερ για αποτρίχωση αφού αυτό τρυπάει και μέταλλα;
    Εδώ έχουμε δύο χρήσεις σχεδόν διαμετρικά αντίθετες. Στη μία περίπτωση με λέιζερ από 1 έως 5 κιλοβάτ και με παλλόμενο τρόπο λειτουργίας πραγματικά η ακτίνα μπορεί να τρυπήσει πολύ σκληρά μέταλλα.
    Αλλά υπάρχουν και πιο ήπιες καταστάσεις και εκεί μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ακτίνα ακόμη και για επεμβάσεις στο μάτι, ενώ με επιλεκτική φωτο-θερμόλυση γίνεται ένα ταίριασμα του μήκους κύματος και της διάρκειας στον παλμό ώστε να στοχεύεται η ρίζα μιας τρίχας και να χρησιμοποιείται η συσκευή λέιζερ για αποτρίχωση, μόνο που η απορρόφηση από τη μελανίνη της τρίχας είναι αποτελεσματική από μαύρες έως καστανές τρίχες, ενώ με τις ξανθές τρίχες τα πράγματα είναι δύσκολα.

    ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ

    Science