39. Yttrium (Y): Das Leuchtstoff-Metall

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0:29 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.

0:59 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.

1:25 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

2:22 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.

3:08 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.

3:37 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

4:33 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.

5:00 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.

5:41 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.

6:11 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.

6:44 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.

7:10 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.

7:44 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.

8:27 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.

9:12 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

10:09 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.

11:05 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.

11:42 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.

12:26 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.

12:50 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.

13:17 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

14:17 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.

14:40 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.

15:11 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

16:06 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.

16:32 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.

16:56 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.

17:19 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.

18:00 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.

18:24 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.

18:56 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.

19:45 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 hat, Teile sie gerne und hinterlasse uns eine Bewertung.

20:16 Das hilft uns sehr, diesen Podcast weiterzuführen und neue Folgen zu produzieren, bis zum nächsten Mal.