Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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Wissensreise durch die Länder der Erde Thema heute.
Yttrium Yx das Leuchtstoffmetall es gibt Orte auf der Welt, die
so unscheinbar sind, dass man sie leicht übersieht und die
dennoch die Geschichte der Wissenschaft für immer verändert
haben. Ueterbü ist so ein Ort, ein
kleines Dorf auf der schwedischen Schäreninsel Resarö
nördlich von Stockholm, umgeben von Kiefernwäldern und grauem
Granit. Wer heute dorthin fährt, findet
kaum mehr als eine stillgelegte Mine.
Ein paar Häuser und das ruhige Meeresrauschen.
Und doch trägt dieser unscheinbare Flecken Erde eine
einzigartige Auszeichnung in der Geschichte der Chemie.
Kein anderer Ort auf der Welt hat so viele Elemente seinen
Namen gegeben. 4 Elemente, ötrium, öterbium, Erbium und
Terbium. Wurden nachytter ü.
Benannt, alle entdeckt in einem einzigen Mineral, das dort aus
dem Fels gebrochen wurde. Heute reisen wir in die Welt
eines dieser Elemente, yttrium, Symbol Yps, Ordnungszahl, 39,
ein Metall, das in unserem Alltag allgegenwärtig ist.
In leuchtenden Bildschirmen in medizinischen Lasern, in
Hochtemperatur, Supraleitern und in den schärfsten Messerklingen
der Welt. Und doch kennt es kaum jemand
beim Namen. Beginnen wir mit dem Beginn, das
Jahr ist 1787 ein finnisch schwedischer Offizier und
Hobbygeologe namens Carl Axel Arenius entdeckt in der Nähe der
Ueterby Mine. Einen ungewöhnlichen, schweren
schwarzen Stein. Er hält ihn zunächst für ein
neues Wolfram Mineral und benennt ihn ütterbiete nach dem
nahe des gelegenen Dorf. Das Mineral landet schließlich
bei dem finnischen Chemiker Johann Gadolin, der es 1794
eingehend analysiert und dabei feststellt, dass es eine bisher
unbekannte Erde enthält. Also ein Metalloxid, das keinem
der damals bekannten Elemente entspricht.
Gadolin nennt sie Üttererde, zu seinen Ehren wird das Mineral
später in Gadolinid umbenannt und auch das Element Gadolinium
trägt seinen Namen, aber die Üttererde selbst, die enthält,
wie sich über die folgenden Jahrzehnte herausstellt, nicht
ein einziges Element, sondern gleich mehrere.
Ein chemisches Puzzle, das Generationen von
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern beschäftigen
sollte. Die eigentliche Isolation von
reinem Yttriummetall gelang erst 1828 dem deutschen Chemiker
Friedrich Wöhler, der auch als Erster die Organische Chemie
revolutionierte, indem er Harnstoff synthetisierte und
damit die Vorstellung von der Unüberwindbarkeit der Grenze.
Zwischen belebter und unbelebter Materie erschütterte Wöhler
reduzierte Ytriumchlorid mit Kalium und erhielt dabei ein
Unreines, aber erkennbares Ytriummetall.
Hochreines Ytrium ist erst im 20.
Jahrhundert durch moderne Trennverfahren zugänglich
geworden. Denn die Trennung von Ytrium und
den eng verwandten Lantaniden, denen es im Periodensystem
benachbart ist, ist außerordentlich schwierig und
erfordert aufwändige Ionenaustausch, Chromatographie
oder Lösungsmittel. Extraktion was ist Ytrium
eigentlich? Es ist ein silbrig weißes
Übergangsmetall, das formal zur Gruppe 3 des Periodensystems
gehört. Aber in seinen chemischen
Eigenschaften, den Lantaniden, also den Seltenen Erden, so
ähnlich ist, dass es in der Praxis oft gemeinsam mit ihnen
behandelt und als eines von ihnen bezeichnet wird.
Tatsächlich findet man Ytrium in der Natur stets in Begleitung
der Lantaniden, und es wird auch unter denselben geologischen
Bedingungen abgebaut, die Atommasse von Ytrium beträgt
88,906 Atommasseneinheiten, die. Es hat nur ein einziges stabiles
Isotop y 89. Das ist ungewöhnlich.
Die meisten Elemente haben mehrere stabile Isotope.
Diese Eigenart macht die Isotopenanalyse von Ytrium in
geologischen Proben besonders einfach.
Die Dichte von Ytrium beträgt 4,47 Gramm pro Kubikzentimeter,
sein Schmelzpunkt liegt bei 1526 Grad Celsius.
Sein Siedepunkt bei 3336 Grad Celsius.
Es ist also ein echtes Hochtemperaturmetall an der Luft
bildet Ytrium eine stabile Oxidschicht aus Ytriumoxid übt 2
o 3, die das Metall darunter vor weiterer Korrosion schützt.
Dieses Verhalten ähnelt dem von Aluminium und macht Ytrium
verhältnismäßig beständig gegenüber Luft und Feuchtigkeit
bei Raumtemperatur. Bei höheren Temperaturen
hingegen reagiert es lebhafter und kann mit Stickstoff,
Kohlenstoff, Halogenen und vielen anderen Elementen
Verbindungen eingehen. In der Erdkruste kommt Ytrium in
einer Konzentration von etwa 33 Milligramm pro Kilogramm vor.
Das ist mehr als etwa Blei, Zinn oder Kobalt.
Ytrium ist also keineswegs wirklich selten.
Der Begriff Seltene Erden ist in dieser Hinsicht irreführend, die
Schwierigkeit liegt nicht in der Menge, sondern in der Verteilung
Ytrium kommt nie konzentriert in abbauwürdigen Lagerstätten vor.
Sondern ist gleichmäßig in der Erdkruste verstreut oder tritt
zusammen mit anderen Lantaniden in gemischten Erzmineralien auf,
aus denen es aufwendig getrennt werden muss.
Die wichtigsten Ytrium führenden Minerale sind Monazit, Xenotim
und Bastnesit, die bedeutendsten Förderländer sind China, das mit
weitem Abstand die globale Produktion dominiert, sowie
Australien, Indien, Brasilien und Kanada, die.
Kommen wir zu den Anwendungen und hier beginnt die Geschichte
von Ytrium wirklich faszinant zu werden.
Die vielleicht älteste und bis heute bedeutendste Verwendung
von Ytrium liegt im Bereich der Leuchtstoffe, wer sich an
Fernsehgeräte mit Bildröhre erinnert, kennt das Phänomen,
ein leuchtend rotes Bild auf dem Schirm, lebhaft und klar, dieses
Rot wurde durch Europium Dotiertes.
Hytriumoxysulfid oder Ökiges Hytriumoxid erzeugt
Hytriumverbindungen, in die geringe Mengen des seltene Erde
Elements Europium eingebettet waren.
Das Europium ist dabei der eigentliche Licht Emitter, aber
es braucht das Ytrium als Wirtsgitter, als
Kristallstruktur, in der es eingebettet ist und in der es
optimal Licht emittieren kann. Ohne das Ytrium Wirtsgitter
würde das Europium nicht annähernd so effizient leuchten.
Ytrium, Oxid, Europium Leuchtstoffe sind bis heute die
Basis des Roten Phosphors in Leuchtstofflampen und in
bestimmten LED Anwendungen, aber Ytrium leuchtet auch selbst oder
genauer gesagt Ytrium Aluminiumgranat, bekannt unter
dem Kürzel Hypercon von Englisch.
Hytrium Aluminium Garnet ist eines der bedeutendsten
Lasermaterialien der Welt. Der NDAG Laser, ein neodym
dotierter Hytrium Aluminium Granat Laser, ist seit den
1960er Jahren einer der vielseitigsten und
meistgenutzten Festkörperlaser überhaupt.
Er emittiert Licht bei einer Wellenlänge von 1064 Nanometern
im nahen Infrarot und kann durch Frequenzverdopplung auf 532
Nanometer sichtbares Grün oder durch weitere Konversion auf
andere Wellenlängen umgewandelt werden.
N DD AG Laser werden in der Medizin eingesetzt.
Für die Behandlung von Augenerkrankungen wie dem
Nachstar nach einer Kataraktoperation für die
Entfernung von Tumoren, für Zahnbehandlungen und in der
Dermatologie zur Behandlung von Gefäßveränderungen und
Tätowierungen in der Industrie schneiden, Schweißen und
markieren sie Metalle, Kunststoffe und Keramiken mit
hoher Präzision. In der Forschung dienen sie als
Pumpquellen für andere Laser. Der ja g Kristall ist dabei
nicht nur ein technisches Detail, er ist der Herzschlag
dieser Technologie. Das Material, das alles erst
möglich macht. Ein weiterer, medizinisch noch
spezifischerer Laser ist der Air Jag Laser, in dem Erbium das
Dotierungsatom ist. Er emittiert bei 2940 Nanometern
einer Wellenlänge, die von Wasser extrem stark absorbiert
wird. Da biologisches Gewebe zu einem
großen Teil aus Wasser besteht, eignet sich dieser Laser
hervorragend für präzise Gewebeschnitte mit minimaler
thermischer Schädigung des umliegenden Gewebes.
In der Dermatologie und Zahnmedizin ist der RÖ AG Laser
deshalb weit verbreitet, wieder ist es das Yttrium, das im
Hintergrund die Bühne bereitet, auf der andere Elemente ihren
Auftritt haben. Die vielleicht wissenschaftlich
aufregendste Anwendung von Ytrium liegt im Bereich der
Supraleitung. Im Jahr 1987 gelang es
Forschenden um Paul Tu und Marvukuen vu, eine
Keramikverbindung zu synthetisieren, die bei einer
bis dahin unvorstellbar hohen Temperatur supraleitend wurde.
Hytrium Barium Kupferoxid mit der chemischen Formel Ypsda 2,
Co 3 o 7, kurz im Bco oder auch 123 Supraleiter genannt.
Diese Verbindung wird Supraleitend bei einer
Temperatur unterhalb von etwa 93 Kelvin, also -180 Grad Celsius.
Das klingt IP immer noch extrem kalt ist es auch.
Aber es bedeutet, dass man zum kühlen, flüssigen Stickstoff
verwenden kann, der bei 77 Kelvin siedet und äußerst
günstig und leicht verfügbar ist.
Alle zuvor bekannten Supraleiter mussten mit dem viel teureren
und knapperen flüssigen Helium gekühlt werden.
Diese Entdeckung löste weltweit eine Welle der Begeisterung aus
und wurde als Durchbruch des Jahrzehnts gefeiert.
Die Entdecker wurden noch im selben Jahr mit dem Nobelpreis
für Physik ausgezeichnet. Eine der schnellsten
Nobelpreisverleihungen der Geschichte Supraleitende Ib CO
Materialien haben das Potential, die Energieübertragung zu
revolutionieren, supraleitende Kabel übertragen elektrischen
Strom ohne jeden Widerstand und damit ohne Energieverlust.
In einer Welt, in der die Effizienz der Energieübertragung
über Stromnetze eine immer größere Rolle spielt, sind
supraleitende Leitungen aus Ypsd Alp CO.
Ein aktives Forschungs und entwicklungsfeld.
Darüber hinaus werden Hyper CO Materialien in Hochfeld Magneten
für Kernspintomographen der nächsten Generation.
In Schwebemagnetbahnen, in Stromtransformatoren und in
wissenschaftlichen Großgeräten wie Teilchenbeschleunigern
eingesetzt. Ytrium steht damit buchstäblich
im Kern einiger der ambitioniertesten
Technologieprojekte der Gegenwart.
In der Materialwissenschaft spielt Ytrium eine wichtige
Stabilisierungsrolle, bei Zirkoniumdioxid z Ro 2.
Einer Keramik mit herausragenden mechanischen Eigenschaften.
Reines Zirkoniumdioxid ist bei verschiedenen Temperaturen in
unterschiedlichen Kristallstrukturen stabil und
die Übergänge zwischen diesen Strukturen gehen mit
Volumenänderungen einher. Die Keramikteile springen
lassen. Durch Zugabe von einigen Prozent
Yttriumoxid lässt sich die kubische oder tetragonale
Hochtemperaturphase des Zirkoniumdioxids bei
Raumtemperatur einfrieren. Man erhält Yttriumstabilisiertes
Zirkoniumdioxid, kurz Ypsmes z. Dieses Material ist
außerordentlich hart, zäh, chemisch beständig und thermisch
isolierend. Es wird als Wärmedämmschicht für
Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken und
Industrieturbinen eingesetzt, wo es die Grundmetalle vor den
extremen Temperaturen der Verbrennungsgase schützt und
damit höhere Betriebstemperaturen und bessere
Wirkungsgrade erlaubt. Ypsilon SZ ist auch das
Standardmaterial für die Elektrolytschicht in Festoxid
Brennstoffzellen. Die Wasserstoff oder andere
Brenngase direkt in elektrische Energie umwandeln.
In der Zahntechnik hat sich YPSTER SZ als Werkstoff für
Zahnkronen und Brücken etabliert.
Es ist weiß, Zahnfarbenähnlich, Biokompatibel und so hart und
cicis zäh, dass es den Kaukräften problemlos standhält.
Schneidwerkzeuge aus Ytriumstabilisiertem
Zirkoniumdioxid sind so scharf und hart, dass sie in bestimmten
medizinischen Anwendungen sogar stahlskalpellen überlegen sind.
Keramikmesser für den Küchenbereich, die als besonders
scharf und langlebig gelten, sind oft aus Yps, z Keramik
gefertigt, die Ytriumkeramik steckt also auch in manchem
Küchenmesser still, unsichtbar, aber entscheidend.
Im Bereich der nuklearen Technologie hat Hytrium
ebenfalls eine Nische. Aufgrund seiner geringen
Neutronenabsorption und seiner thermischen Stabilität wird es
als Strukturmaterial in bestimmten Kernreaktorkonzepten
und als Matrixmaterial für Kernbrennstoffverbindungen
untersucht. Hydriumhydrid wird zudem als
Moderatormaterial für kompakte Hochtemperaturreaktoren in
Betracht gezogen. Insbesondere für sogenannte
Raumfahrtreaktoren, die Raumschiffe mit Energie
versorgen, sollen radioaktives Ytrium 90 ein Isotop mit einer
Halbwertszeit von 64 Stunden, das Betastrahlung emittiert hat
bedeutende medizinische Anwendungen gefunden.
Es wird in der sogenannten selektiven internen
Radiotherapie eingesetzt, die. Bei der winzige Hydriumoxid
Mikrosphären, kaum größer als ein roter Blutkörper, in die
Arterie eingespritzt werden, die einen Lebertumor versorgt.
Die Kugeln setzen sich direkt im Tumor fest und bestrahlen ihn
von innen mit ihrer energiereichen Betastrahlung,
während das umliegende Gewebe weitgehend geschont wird.
Diese Methode wird bei Inoperablem Leberzellkarzinom
und bei Lebermetastasen eingesetzt und kann das Leben
von Patientinnen und Patienten erheblich verlängern.
Üb 90 wird dabei als Abkömmling des Mutterisotops zirkonium 90
oder direkt aus Neutronenbestrahlung in
Reaktoren gewonnen. Hytrium findet sich auch in
Permanentmagneten auf Basis von samarium Kobalt, wo kleine
Mengen hytrium die magnetischen Eigenschaften und die
Korrosionsbeständigkeit verbessern.
In der Katalyse wird Hytriumoxid als Promotor verwendet, der
andere Katalysatoren stabilisiert und ihre
Selektivität verbessert. In der Glasindustrie verhindert
die Zugabe von Etriumoxid die Entglasung bei hohen
Temperaturen und erhöht die Temperaturbeständigkeit.
Von Spezialgläsern. Kommen wir noch einmal zurück zu
dem kleinen Steinbruch in Ueterbue, von dem diese ganze
Geschichte ihren Ausgang nahm, das Mineral Gadolinit, das Carl
Axel Arenius dort fand, hat sich als eine der ergiebigsten
Fundgruben der Elementgeschichte erwiesen.
Die Entschlüsselung seiner Bestandteile hat über mehr als
ein Jahrhundert gedauert und Generationen von Chemikerinnen
und Chemikern beschäftigt. Sie haben dabei nicht nur neue
Elemente entdeckt, sondern auch neue Trennmethoden entwickelt,
neue Theorien der Elektronenstruktur entwickelt
und unser Verständnis der chemischen Bindung vertieft.
Oeterby ist damit ein Symbol für etwas Grundlegendes.
Dass die größten wissenschaftlichen Schätze oft
an unscheinbaren Orten liegen und gründlicher, geduldiger
Forschung bedürfen, um ans Licht zu kommen.
Ötrium selbst ist das Sinnbild dieser Eigenschaft, unbekannt im
Hintergrund wirkend, selten beim Namen genannt und doch in
Bildschirmen, Lasern, Turbinen, Brennstoffzellen, Keramikmessern
und Krebstherapien gleichermaßen präsent.
Es ist das stille Fundament vieler glänzender
Errungenschaften, diese Stille, diese verborgene Bedeutung
erinnert uns an etwas, das leicht vergessen wird, viele der
Grund, Grundlagen unseres modernen Lebens, sind
unsichtbar, die saubere Luft, das trinkbare Wasser, das
stabile Klima, die freie Gesellschaft, sie sind immer da,
bis sie es nicht mehr sind. So wie Yttrium erst bemerkt
wird, wenn es fehlt, so werden auch unsere natürlichen und
demokratischen Fundamente erst vermisst, wenn sie beschädigt
sind. Die Erde mit ihren Ressourcen,
ihren Ökosystemen und ihrer einzigartigen Atmosphäre ist
kein selbstverständliches Geschenk.
Sie zu bewahren ist eine aktive Aufgabe, eine Aufgabe, die
offene Gesellschaften braucht, in denen Wissenschaft gehört
wird, in denen langfristiges Denken Vorrang hat vor
kurzfristigen Interessen und in denen alle eine Stimme haben
beim Schutz dessen, was allen gehört.
Danke, dass du heute dabei warst auf unserer Wissensreise durch
das Periodensystem der Elemente. Wenn dir diese Folge gefallen
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Folgen zu produzieren, bis zum nächsten Mal.