Interested Article - Иттрий

39	Иттрий
88,9058
4d ¹ 5s ²

И́ттрий ( химический символ — Y , от лат. Y ttrium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 39.

Простое вещество иттрий — это светло-серебристый редкоземельный переходный металл . Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния , β-Y с , температура перехода α↔β 1482 °C .

История

В 1794 году финский химик Юхан (Иоганн) Гадолин (1760—1852) выделил из минерала иттербита оксид элемента, который он назвал иттрием — по названию шведского населённого пункта Иттербю , находящегося на острове Ресарё, входящем в Стокгольмский архипелаг (иттербит был найден здесь в заброшенном карьере). В 1843 году Карл Мосандер доказал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов иттрия, эрбия и тербия и выделил из этой смеси Y ₂ O ₃ . Металлический иттрий, содержащий примеси эрбия, тербия и других лантаноидов, был получен впервые в 1828 году Фридрихом Велером .

Нахождение в природе

Иттрий — химический аналог лантана . Кларк 26 г/т, содержание в морской воде 0,0003 мг/л . Иттрий почти всегда содержится вместе с лантаноидами в минеральном сырье . Несмотря на неограниченный изоморфизм , в группе редких земель в определённых геологических условиях возможна раздельная концентрация редких земель иттриевой и цериевой подгрупп. Например, с щелочными породами и связанными с ними постмагматическими продуктами преимущественное развитие получает цериевая подгруппа, а с постмагматическими продуктами гранитоидов с повышенной щёлочностью — иттриевая. Большинство фтор карбонатов обогащено элементами цериевой подгруппы. Многие тантало - ниобаты содержат иттриевую подгруппу, а и титано -тантало-ниобаты — цериевую. Главнейшие минералы иттрия — ксенотим YPO ₄ , гадолинит Y ₂ FeBe ₂ Si ₂ O ₁₀ .

Месторождения

Главные месторождения иттрия расположены в Китае , Австралии , Канаде , США , Индии , Бразилии , Малайзии . Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии .

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома иттрия: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹ 5s ²

Иттрий — это редкоземельный металл светло-серебристого цвета . Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния (a=3,6474 Å; с=5,7306 Å; z=2; пространственная группа P6 ₃ /mmc ), β-Y с (a=4,08 Å; z=2; пространственная группа Im3m ), температура перехода α↔β 1482 °C, ΔH перехода — 4,98 кДж/моль. Температура плавления — 1528 °C, температура кипения — около 3320 °C. Иттрий легко поддается механической обработке .

Изотопы

Иттрий — моноизотопный элемент , в природе представлен одним стабильным нуклидом .

Иттрий-90 нашел применение в радионуклидной терапии онкологических заболеваний.

Химические свойства

На воздухе иттрий покрывается плотной защитной оксидной плёнкой. При 370—425 °C образуется плотная чёрная плёнка оксида. Интенсивное окисление начинается при 750 °C. Компактный металл окисляется кислородом воздуха в кипящей воде, реагирует с минеральными кислотами , уксусной кислотой , не реагирует с фтороводородом . Иттрий при нагревании взаимодействует с галогенами , водородом, азотом, серой и фосфором. Оксид Y ₂ О ₃ обладает основными свойствами, ему отвечает основание Y(ОН) ₃ .

Получение

Соединения иттрия получают из смесей с другими редкоземельными металлами экстракцией и ионным обменом. Металлический иттрий получают восстановлением безводных галогенидов иттрия литием или кальцием c последующей отгонкой примесей.

Применение

Иттрий является металлом, обладающим рядом уникальных свойств, и эти свойства в значительной степени определяют очень широкое применение его в промышленности сегодня и, вероятно, ещё более широкое применение в будущем. Предел прочности на разрыв для нелегированного чистого иттрия — около 300 МПа (30 кг/мм²), что сравнимо со сталью, при вдвое меньшей плотности. Очень важным качеством как металлического иттрия, так и ряда его сплавов является то обстоятельство, что, будучи активным химически, иттрий при нагревании на воздухе покрывается плёнкой оксида и нитрида, предохраняющих его от дальнейшего окисления до 1000 °C.

Иттриевая керамика

Керамика для нагревательных элементов

Хромит иттрия — материал для лучших высокотемпературных нагревателей сопротивления, способных эксплуатироваться в окислительной среде (воздух, кислород).

ИК — керамика

«Иттралокс» (Yttralox) — твёрдый раствор диоксида тория в окиси иттрия. Для видимого света этот материал прозрачен, как стекло, но также он очень хорошо пропускает инфракрасное излучение , поэтому его используют для изготовления инфракрасных «окон» специальной аппаратуры и ракет, а также используют в качестве смотровых «глазков» высокотемпературных печей. Плавится «Иттралокс» лишь при температуре около 2207 °C.

Огнеупорные материалы

Оксид иттрия — чрезвычайно устойчивый к нагреву на воздухе огнеупор , упрочняется с ростом температуры (максимум при 900—1000 °C), пригоден для плавки ряда высокоактивных металлов (в том числе и самого иттрия). Особую роль оксид иттрия играет при литье урана. Одной из наиболее важных и ответственных областей применения оксида иттрия в качестве жаропрочного огнеупорного материала является производство наиболее долговечных и качественных сталеразливочных стаканов (устройство для дозированного выпуска жидкой стали), в условиях контакта с движущимся потоком жидкой стали оксид иттрия наименее размываем. Единственным известным и превосходящим по стойкости оксид иттрия в контакте с жидкой сталью является оксид скандия , но он чрезвычайно дорог.

Термоэлектрические материалы

Важным соединением иттрия является его теллурид. Имея малую плотность, высокую температуру плавления и прочность, теллурид иттрия имеет одну из самых больших термо-э.д.с среди всех теллуридов, а именно 921 мкВ/К (у теллурида висмута, например, 280 мкВ/К) и представляет интерес для производства термоэлектрогенераторов с повышенным КПД.

Сверхпроводники

Один из компонентов иттрий-медь-бариевой керамики с общей формулой YBa ₂ Cu ₃ O _7-δ — высокотемпературный сверхпроводник с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около -183°С.

Сплавы иттрия

Перспективными областями применения сплавов иттрия являются авиакосмическая промышленность, атомная техника, автомобилестроение. Очень важно то обстоятельство, что иттрий и его некоторые сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием, что позволяет применить их в ядерном газофазном ракетном двигателе.

Легирование

Легирование алюминия иттрием повышает на 7,5 % электропроводность изготовленных из него проводов.

Иттрий имеет высокие предел прочности и температуру плавления, поэтому способен создать значительную конкуренцию титану в любых областях применения последнего (ввиду того, что большинство сплавов иттрия обладает большей прочностью, чем сплавы титана, а кроме того, у сплавов иттрия отсутствует «ползучесть» под нагрузкой, которая ограничивает области применения титановых сплавов).

Иттрий вводят в жаростойкие сплавы никеля с хромом (нихромы) с целью повысить температуру эксплуатации нагревательной проволоки или ленты и с целью в 2—3 раза увеличить срок службы нагревательных обмоток (спиралей), что имеет большое экономическое значение (использование вместо иттрия скандия ещё в несколько раз увеличивает срок службы сплавов).

Магнитные материалы

Изучается перспективный магнитный сплав — неодим -иттрий- кобальт .

Покрытия иттрием и его соединениями

Напыление (детонационное и плазменное) иттрия на детали двигателей внутреннего сгорания позволяет увеличить износостойкость деталей в 400—500 ^{[

источник не указан 4554 дня

]} раз по сравнению с хромированием .

Люминофоры

Ванадат иттрия , легированный европием , используются в производстве кинескопов цветных телевизоров.

, активированный европием, применяется для производства люминофоров в цветном телевидении (красная компонента), а активированный тербием — для чёрно-белого телевидения.

Иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), легированный трёхвалентным церием с максимумом излучения в области жёлтого цвета используется в конструкции люминофорных белых светодиодов .

Дуговая сварка

Добавлением иттрия в вольфрам резко снижают работу выхода электрона (у чистого иттрия 3,3 эВ), что используется для производства иттрированных вольфрамовых электродов для аргонодуговой сварки и составляет значительную статью расхода металлического иттрия.

Гексаборид иттрия имеет так же малую работу выхода электронов (2,22 эВ) и применяется для производства катодов мощных электронных пушек (электронно-лучевая сварка и резка в вакууме).

Медицина — лучевая терапия

Изотоп Иттрий-90 ( ⁹⁰ Y) играет важную роль в лечении и некоторых других видов рака. При этом производится трансартериальная радиоэмболизация опухоли микросферами, содержащими ⁹⁰ Y .

Другие сферы применения

Бериллид иттрия (равно как и бериллид скандия ) является одним из лучших конструкционных материалов аэрокосмической техники и, плавясь при температуре около 1920 °C, начинает окисляться на воздухе при 1670 °C. Удельная прочность такого материала весьма высока, и при использовании его в качестве матрицы для наполнения нитевидными кристаллами (усами) можно создать материалы, имеющие фантастические прочностные и упругие характеристики.

Тетраборид иттрия находит применение в качестве материала для управляющих стержней атомных реакторов (имеет малое газовыделение по гелию и водороду).

синтезируется и используется для производства рентгеноконтрастных покрытий.

Синтезированы иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ), имеющие ценные физико-химические свойства, которые могут применяться и в ювелирном деле, и уже довольно давно применяемые в качестве технологичных и относительно дешёвых материалов для твердотельных лазеров. Важным лазерным материалом является ИСГГ — иттрий-скандий-галлиевый гранат.

Гидрид иттрия-железа применяют как аккумулятор водорода с высокой ёмкостью и достаточно дешёвый.

Цены на иттрий

Иттрий чистотой 99—99,9 % стоит в среднем 115—185 долларов США за 1 кг.

Примечания

↑ , , (англ.) // Pure and Applied Chemistry — IUPAC , 2010. — Vol. 83, Iss. 2. — P. 359–396. — ISSN ; ; —
Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2013. — Vol. 85 , no. 5 . — P. 1047—1078 . — doi : . 5 февраля 2014 года.
↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 277. — 671 с. — 100 000 экз.
(неопр.) . Дата обращения: 5 августа 2009. 2 мая 2009 года.
J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
(неопр.) . Дата обращения: 20 сентября 2010. 19 января 2012 года.
(неопр.) . Дата обращения: 1 января 2019. 23 января 2019 года.
Kallini J.R., Gabr A., Salem R., Lewandowski RJ. Trans-arterial Radioembolization with Yttrium-90 for the Treatment of Hepatocellular Carcinoma (англ.) // Adv Ther. : journal. — 2016. — 2 April.