Иттрий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 39 и условным обозначением Y. Иттрий в большинстве случаев встречается в сочетании с лантаноидами в редкоземельных минералах и никогда не встречается в свободном виде в природе, но в свободном виде представляет собой серебристо-металлический переходный металл.
Открытие
История открытия иттрия начинается под закат XVII века, когда шведский ученый Карл Аксель Аррениус обнаружил тяжелый черный камень в старом карьере недалеко от шведской деревни Иттербю. Предполагая что в тот день он обнаружил ранее неизвестный минерал, который должен был содержать совершенно недавно открытый вольфрам, он назвал его иттербитом и отправил образцы разным химикам для анализа.
Йохан Гадолин из Университета Або идентифицировал новый оксид в образце Аррениуса в 1789 году и опубликовал свой завершенный анализ в 1794 году. Андерс Густав Экеберг подтвердил идентификацию в 1797 году и назвал новый минерал иттрием. Фридрих Вёлер считается первым ученым, которому удалось выделить этот металл в 1828 году, проведя реакцию летучего хлорида иттрия с калием.
В 1843 году Карл Густав Мосандер выявил, что обнаруженные образцы иттрия содержат три разных оксида. Белый представлял собой сам оксид иттрия, желтый оксид — тербия и розовый оксид — эрбия. Четвертый оксид который называли иттербия был идентифицирован в 1878 году Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком. Позднее из каждого из этих оксидов были выделены новые химические элементы, и каждый элемент был назван, в некотором роде, в честь деревни Иттерби которая находилась недалеко от карьера, где все они были обнаружены (иттербий , тербий и эрбий ).
В последующие десятилетия в «иттрии Гадолина» было обнаружено еще семь новых металлов. Поскольку было выявлено, что обнаруженный иттрий является минералом, а не оксидом, Мартин Генрих Клапрот дал этому минералу название гадолинит в честь Гадолина.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 1526 °С |
| Точка кипения | 2930 °С |
| Плотность при Н.У. | 4,469 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | — |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 11,42 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 363 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 26,53 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 19,88 см3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 39 |
| Атомная масса | 88,90584 |
| Электронная конфигурация | 4d¹5s² |
| Радиус атома | 180 пм |
| Ковалентный радиус | 190 пм |
| Степени окисления | 0, +1, +2, +3 |
| Радиус иона | 89,3 пм |
| Электроотрицательность | 1.22 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 615,4 кДж/моль |
| Изотопы | ⁸⁶Y; ⁸⁷Y; ⁸⁸Y; ⁸⁹Y; ⁹⁰Y; ⁹¹Y |
Интересное:
Добыча и производство
Иттрий содержится в большинстве редкоземельных минералов и некоторых урановых рудах, но никогда не встречается в земной коре в виде свободного элемента. По оценкам ученых около 31 частей на миллион земной коры составляет иттрий, что делает его 43-м по распространенности хииическим элементом. Иттрий содержится в почве в концентрациях от 10 до 150 частей на миллион (средний сухой вес 23 части на миллион) и в морской воде в концентрации 9 частей.
Извлечение иттрия, как и других редкоземельных элементов, является очень сложным и энергоемким процессом. Фракционная кристаллизация растворов солей изначально была предпочтительным методом и вначале использовалась для разделения редкоземельных элементов в лабораторных масштабах. Лишь внедрение ионной хроматографии позволило выделить редкоземельные элементы в промышленных масштабах. Концентрированный оксид иттрия превращается во фторид . Последующее восстановление до металла происходит кальцием в вакуумной индукционной печи.
Основными известными источниками иттрия являются всего несколько минералов в числе которых бастнезит, монацит, ксенотим, самарскит и фергусонит. Процесс получения иттрия выглядит следующим образом. Изначально происходит растворение оксида в серной кислоте и фракционирование его с помощью ионообменной хроматографии. При добавлении щавелевой кислоты оксалат иттрия выпадает в осадок. Оксалат преобразуется в оксид путем нагревания в атмосфере кислорода. При взаимодействии полученного оксида иттрия с фтористым водородом получается фторид иттрия . При использовании в качестве экстрагентов четвертичных аммониевых солей большая часть иттрия остается в водной фазе. Когда противоионом является нитрат, удаляются легкие лантаноиды, а когда противоионом является тиоцианат, удаляются тяжелые лантаноиды. Таким образом, получаются соли иттрия чистотой 99,999%.
Ежегодное мировое производство оксида иттрия составляет ориентировочно 11000 тонн. Мировые запасы оксида иттрия в 2014 году оценивались в более чем 450 000 тонн. Ведущими странами которые обладают данными запасами являются Австралия, Бразилия, Китай, Индия и США. Только несколько тонн металлического иттрия производятся каждый год путем восстановления фторида иттрия до металлической губки с помощью сплава кальция и магния . Температура дуговой печи , превышающая 1600 °C, достаточна для расплавления иттрия.
Интересное:
Применение
Применение иттрия достаточно широкое не смотря на ограниченное производство. Металлический иттрий применяется в реакторной технике для изготовления труб. Сплав с кобальтом YCo5 можно использовать в качестве редкоземельного магнита. Данный элемент может использоваться как материал для нагрева проводов в источниках ионов в массспектрометрах. В металлургии небольшие количества иттрия используются для измельчения зерна, например, в сплавах железа, хрома и алюминия для нагревательных проводников, сплавах хрома, молибдена, титана и циркония. Повышает прочность алюминиевых и магниевых сплавов. Легирование литий-железо-фосфатных батарей иттрием повышает их производительность и долговечность.
Как правило наибольшую долю применений составляет именно оксидные соединения иттрия, которые используются в следующих сферах. Нитрат иттрия применяется в качестве материала покрытия мантии.
Иттрий-алюминиевый гранат (YAG) служит лазерным кристаллом. Иттрий-железный гранат (ЖИГ) в качестве микроволнового фильтра. Диоксид циркония, стабилизированный иттрием, применяется в качестве твердого электролита в современных топливных элементах.
Так же важным соединением является «YInMn blue», который представляет собой смесь оксидов иттрия, индия и марганца, имеющая очень чистый и блестящий синий цвет. Данный пигмент стал первым синим пигментом открытым за последние 200 лет.
Наиболее важными применениями оксидов иттрия и сульфидов оксида иттрия являются разнообразные возможные применения в люминофорах (люминофорах), легированных трехвалентным европием (красный) и тулием (синий), в телевизионных кинескопах и люминесцентных лампах. Иттриевая керамика и сплавы используются в лямбда-зондах,
сверхпроводниках (оксид иттрия-бария-меди YBa2Cu3O7–x), ОДС-сплавах и свечах зажигания. В качестве чистого бета-излучателя 90Y используется для терапии в ядерной медицине при радиосиновиортезе, радионуклидной терапии костных метастазов, радиоиммунотерапии и колоректальном раке.
Интересное:
Безопасность
Иттрий может быть очень токсичен для людей, животных и растений. Водорастворимые соединения иттрия считаются умеренно токсичными, в то время как его нерастворимые соединения таковые не являются. В экспериментах на животных иттрий и его соединения вызывали повреждение легких и печени, хотя токсичность различается в зависимости от различных соединений иттрия. У крыс вдыхание цитрата иттрия вызывало отек легких и одышку, тогда как вдыхание хлорида иттрия вызывало отек печени, плевральный выпот и легочную гиперемию.
Воздействие соединений иттрия на людей может вызвать заболевание легких. Рабочие, подвергшиеся воздействию пыли ванадата иттрия-европия, испытывали легкое раздражение глаз, кожи и верхних дыхательных путей, хотя это могло быть вызвано содержанием ванадия, а не иттрием. Острое воздействие соединений иттрия может вызвать одышку, кашель, боль в груди и цианоз. Управляющие организации по охране труда и технике безопасности ограничивают воздействие иттрия на рабочих местах в Европе до 1 мг/м3 в течение 8-часового рабочего дня. При концентрации 500 мг/м 3 иттрий становится непосредственно опасным для жизни и здоровья человека. Мелкодисперсная иттриевая пыль легко воспламеняется и по этой причине его относят к пожароопасным веществам.