Yttrium

Yttrium
←  Stroncium | Zirkonium  →
39 sc
↑
Y [1]
↓
Lu		 Periodická soustava prvků39Y [ 1 ]
Vzhled jednoduché látky
Vzorky purifikovaného yttria
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo Yttrium / Yttrium (Y), 39
Skupina , období , blok 3 (zastaralé 3), 5,
d-prvek
atomová hmotnost
( molární hmotnost )		 88.90585(2) [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace [ Kr ] 4d 15s 2
Poloměr atomu 178 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr 162  hodin
Poloměr iontů (+3e) 89,3  hodin
Elektronegativita 1,22 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál 0
Oxidační stavy +3
Ionizační energie
(první elektron)		 615,4 (6,38)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. ) 4,47 g/cm³
Teplota tání 1795 K
Teplota varu 3611 K
Oud. teplo tání 11,5 kJ/mol
Oud. výparné teplo 367 kJ/mol
Molární tepelná kapacita 26,52 [3]  J/(K mol)
Molární objem 19,8  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce Šestihranný
Parametry mřížky a=3,647 c=5,731  Á
poměr c / a 1,571
Debyeho teplota [4 ] 280 tis 
Další vlastnosti
Tepelná vodivost (300 K) (17,2) W/(m K)
Číslo CAS 7440-65-5
39 Yttrium
Y88,9058
4d 15s 2 _

Yttrium  ( chemická značka - Y , z lat.  Yttrium ) je chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB), páté období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 39.

Jednoduchá látka yttrium  je lehký stříbřitý přechodný kov vzácných zemin . Existuje ve dvou krystalických modifikacích: α-Y s hexagonální mřížkou hořčíkového typu , β-Y s kubickou tělesně centrovanou mřížkou typu α-Fe , teplota přechodu α↔β je 1482 °C [3] .

Historie

V roce 1794 izoloval finský chemik Johan (Johann) Gadolin (1760-1852) z minerálu ytterbite oxid prvku , který nazval yttrium - podle názvu švédské osady Ytterbylokalizované na ostrově Resarö, části stockholmského souostroví ( ytterbite zde byl nalezen v opuštěné kariéře). V roce 1843 Carl Mosander dokázal, že tento oxid byl ve skutečnosti směsí oxidů yttria, erbia a terbia a z této směsi izoloval Y 2 O 3 . Kovové yttrium, obsahující nečistoty erbia, terbia a dalších lanthanoidů, poprvé získal v roce 1828 Friedrich Wöhler .

Být v přírodě

Yttrium je chemický analog lanthanu . Clark 26 g/t, obsah v mořské vodě 0,0003 mg/l [5] . Yttrium se téměř vždy nachází společně s lanthanoidy v minerálech . Navzdory neomezenému izomorfismu je ve skupině vzácných zemin za určitých geologických podmínek možná samostatná koncentrace vzácných zemin podskupiny yttria a ceru . Například u alkalických hornin a souvisejících postmagmatických produktů se vyvíjí převážně podskupina ceru, zatímco u postmagmatických produktů granitoidů se zvýšenou alkalitou se vyvíjí podskupina yttria. Většina uhličitanů fluoru je obohacena o prvky podskupiny cer. Mnoho tantalo - niobitanů obsahuje podskupinu yttria a titaničitany a titan -tantaloniobitany obsahují cer. Hlavními minerály yttria jsou xenotim YPO 4 , gadolinit Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 .

Vklady

Hlavní ložiska yttria se nacházejí v Číně , Austrálii , Kanadě , USA , Indii , Brazílii , Malajsii [6] . V hlubinném ložisku nerostů vzácných zemin poblíž tichomořského ostrova Minamitori ve výlučné ekonomické zóně Japonska jsou značné zásoby [7] .

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu yttria je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 1 5s 2

Yttrium je kov vzácných zemin se světle stříbrnou barvou . Existuje ve dvou krystalických modifikacích: α-Y s hexagonální mřížkou hořčíkového typu (a=3,6474 Å; c=5,7306 Å; z=2; prostorová grupa P6 3 /mmc ), β-Y s kubickou mřížkou centrovanou na tělo typu α -Fe (a=4,08 Á; z=2; prostorová grupa Im3m ), teplota přechodu α↔β 1482 °C, přechod ΔH - 4,98 kJ/mol. Bod tání  - 1528 ° C, bod varu  - asi 3320 ° C. Yttrium je snadno obrobitelné [3] .

Izotopy

Yttrium je monoizotopický prvek , v přírodě je zastoupeno jedním stabilním nuklidem 89 Y [3] .

Yttrium-90 našlo uplatnění v radionuklidové terapii onkologických onemocnění.

Chemické vlastnosti

Na vzduchu je yttrium pokryto hustým ochranným oxidovým filmem. Při 370–425 °C se vytvoří hustý černý oxidový film. Intenzivní oxidace začíná při 750 °C. Kompaktní kov se oxiduje vzdušným kyslíkem ve vroucí vodě, reaguje s minerálními kyselinami , kyselinou octovou , nereaguje s fluorovodíkem . Yttrium při zahřívání reaguje s halogeny , vodíkem, dusíkem, sírou a fosforem. Oxid Y 2 O 3 má zásadité vlastnosti, odpovídá zásadě Y (OH) 3 .

Získání

Sloučeniny yttria se získávají ze směsí s jinými kovy vzácných zemin extrakcí a iontovou výměnou. Kovové yttrium se získává redukcí bezvodých halogenidů yttria lithiem nebo vápníkem a následnou destilací nečistot.

Aplikace

Yttrium je kov s řadou unikátních vlastností a tyto vlastnosti do značné míry určují jeho velmi široké využití v průmyslu dnes a pravděpodobně ještě více v budoucnu. Pevnost v tahu pro nelegované čisté yttrium je asi 300 MPa (30 kg/mm²), což je srovnatelné s ocelí při poloviční hustotě. Velmi důležitou vlastností jak kovového yttria, tak řady jeho slitin je skutečnost, že yttrium je chemicky aktivní a po zahřátí na vzduchu je pokryto filmem oxidu a nitridu, který jej chrání před další oxidací až do 1000 ° C.

Yttrium keramika

Keramika pro topná tělesa

Yttrium chromit je materiál pro nejlepší vysokoteplotní odporové ohřívače schopné provozu v oxidačním prostředí (vzduch, kyslík).

IR keramika

Yttralox je pevný roztok oxidu thoričitého v oxidu yttritém. Pro viditelné světlo je tento materiál průhledný, jako sklo, ale také velmi dobře propouští infračervené záření , proto se používá k výrobě infračervených "oken" speciálních zařízení a raket a používá se také jako pozorovací "oči" vysokých -teplotní pece. Ittralox taje pouze při teplotě asi 2207 °C.

Žáruvzdorné materiály

Oxid yttrium je žáruvzdorný materiál , který  je extrémně odolný vůči zahřívání na vzduchu , tvrdne se zvyšující se teplotou (maximálně 900-1000°C), vhodný pro tavení řady vysoce aktivních kovů (včetně samotného yttria). Oxid yttrium hraje zvláštní roli při odlévání uranu. Jednou z nejdůležitějších a odpovědných oblastí použití oxidu yttria jako žáruvzdorného materiálu je výroba nejtrvanlivějších a nejkvalitnějších ocelových licích trysek (zařízení pro dávkované uvolňování tekuté oceli), ve styku s pohybující se proud tekuté oceli, oxid yttrium je nejméně erodován. Jediným známým a lepším oxidem yttria v kontaktu s tekutou ocelí je oxid skandia , ale je extrémně drahý.

Termoelektrické materiály

Důležitou sloučeninou yttria je jeho telurid. Telurid yttria s nízkou hustotou, vysokým bodem tání a pevností má jednu z největších tepelných emf mezi všemi teluridy, konkrétně 921 μV/K (například telurid vizmutu má 280 μV/K) a je zajímavý pro výrobu termoelektrických generátorů se zvýšenou účinností.

Supravodiče

Jednou ze součástí yttrium-měď-baryové keramiky obecného vzorce YBa 2 Cu 3 O 7-δ  je vysokoteplotní supravodič s teplotou supravodivého přechodu cca -183°C.

Slitiny yttria

Slibnými oblastmi použití slitin yttria jsou letecký průmysl, jaderná technologie a automobilový průmysl. Je velmi důležité, aby yttrium a některé jeho slitiny neinteragovaly s roztaveným uranem a plutoniem, což umožňuje jejich použití v jaderném raketovém motoru v plynné fázi.

Legování

Dopování hliníku ytriem zvyšuje elektrickou vodivost drátů z něj vyrobených o 7,5 % .

Yttrium má vysokou pevnost v tahu a teplotu tání, a proto je schopno vytvořit významnou konkurenci titanu ve všech oblastech jeho použití (vzhledem k tomu, že většina slitin yttria má větší pevnost než slitiny titanu, a navíc slitiny yttria nemají "tečení" při zatížení, což omezuje rozsah slitin titanu).

Yttrium se do žáruvzdorných nikl-chromových slitin (nichromů) zavádí za účelem zvýšení provozní teploty topného drátu nebo pásky a prodloužení životnosti topných vinutí (spirál) 2–3, což je velký ekonomický význam (použití skandia místo yttria několikanásobně zvyšuje životnost slitin).

Magnetické materiály

Studuje se slibná magnetická slitina, neodym -yttrium- kobalt .

Nátěry ytriem a jeho sloučeninami

Rozprašování (detonace a plazma) yttria na části spalovacích motorů umožňuje zvýšit odolnost dílů proti opotřebení o 400–500 krát ve srovnání s chromováním .

Fosfory

Vanadičnan yttrium dopovaný europiem se používá při výrobě barevných televizních obrazovek .

Oxosulfid yttritý aktivovaný europiem se používá pro výrobu fosforů v barevné televizi (červená složka) a aktivovaný terbiem pro černobílou televizi.

V designu fosforových bílých LED je použit yttriumhliníkový granát (YAG) dopovaný trojmocným cerem s maximální emisí ve žluté oblasti .

Obloukové svařování

Přídavek yttria do wolframu prudce snižuje pracovní funkci elektronu (u čistého yttria 3,3 eV), který se používá pro výrobu yttrovaných wolframových elektrod pro argonové obloukové svařování a je významnou nákladovou položkou u kovového yttria.

Hexaborid yttria má také funkci nízké práce elektronů (2,22 eV) a používá se k výrobě katod pro výkonná elektronová děla (svařování elektronovým paprskem a vakuové řezání).

Medicína - radiační terapie

Izotop Yttrium-90 ( 90 Y) hraje důležitou roli v léčbě hepatocelulárních a některých dalších typů rakoviny. V tomto případě se transarteriální radioembolizace nádoru provádí mikrokuličkami obsahujícími 90 Y [8] .

Další použití

Beryllid yttria (stejně jako skandium beryllid ) je jedním z nejlepších konstrukčních materiálů pro leteckou techniku ​​a při tavení při teplotě asi 1920 °C začíná oxidovat na vzduchu při 1670 °C. Specifická pevnost takového materiálu je velmi vysoká a při použití jako matrice pro výplň whiskery je možné vytvořit materiály s fantastickou pevností a elastickými vlastnostmi.

Borid yttritý se používá jako materiál pro regulační tyče jaderných reaktorů (má nízké odplyňování helia a vodíku).

Orthotantalát yttria se syntetizuje a používá pro výrobu rentgenkontrastní povlaky.

Byly syntetizovány yttrium-hliníkové granáty (YAG), které mají cenné fyzikální a chemické vlastnosti využitelné i ve šperkařství a poměrně dlouhou dobu se používají jako technologické a relativně levné materiály pro pevnolátkové lasery. Důležitým laserovým materiálem je IGG, granát yttrium-scandium-gallium.

Yttrium-železo hydrid se používá jako akumulátor vodíku s vysokou kapacitou a je poměrně levný.

Ceny yttria

  • Yttrium o čistotě 99-99,9 % stojí v průměru 115-185 amerických dolarů za 1 kg.


Poznámky

  1. ↑ 1 2 Wieser M. E. , Coplen T. B. , Wieser M. Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report  ) // Pure and Applied Chemistry - IUPAC , 2010. - Vol. 83, Iss. 2. - S. 359-396. — ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14
  2. ↑ 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. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  3. ↑ 1 2 3 4 Editorial: Knunyants I. L. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - M. : Sovětská encyklopedie, 1990. - T. 2. - S. 277. - 671 s. — 100 000 výtisků.
  4. ↑ Yttrium v ​​moderní standardní periodické tabulce Integral Scientist . Získáno 5. srpna 2009. Archivováno z originálu 2. května 2009.
  5. ↑ JP Riley a Skirrow G. Chemická oceánografie V. 1, 1965
  6. ↑ Yttrium :: Skupina AMT&C . Získáno 20. září 2010. Archivováno z originálu 19. ledna 2012.
  7. ↑ Obrovský potenciál hlubinného bahna jako zdroje prvků vzácných zemin . Staženo 1. 1. 2019. Archivováno z originálu 23. 1. 2019.
  8. ↑ Kallini JR, Gabr A., ​​​​Salem R., Lewandowski RJ. Transarteriální radioembolizace yttriem-90 pro léčbu hepatocelulárního karcinomu  (anglicky)  // Adv Ther. : deník. - 2016. - 2. dubna.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Sloučeniny yttria
 Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva
  jeden 2                             3 čtyři 5 6 7 osm 9 deset jedenáct 12 13 čtrnáct patnáct 16 17 osmnáct
jeden H   On
2 Li Být   B C N Ó F Ne
3 Na mg   Al Si P S Cl Ar
čtyři K Ca   sc Ti PROTI Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Tak jako Se Br kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD v sn Sb Te já Xe
6 Čs Ba Los Angeles Ce Pr Nd Odpoledne sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po V Rn
7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Dopoledne cm bk srov Es fm md Ne lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
alkalických kovů kovy alkalických zemin Lanthanoidy aktinidy přechodné kovy
lehké kovy Polokovy nekovy Halogeny vzácné plyny
 Řady elektrochemické aktivity kovů

Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu ,
Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Ti , Co , Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H 2 ,
W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au