Yttrium

Yttrium
←  Strontium | Zirkonium  →
39 sc
↑
Y [1]
↓
Lu		 Periodisk system af grundstoffer39Y [ 1 ]
Udseende af et simpelt stof
Oprensede yttriumprøver
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer Yttrium / Yttrium (Y), 39
Gruppe , punktum , blok 3 (forældet 3), 5,
d-element
Atommasse
( molær masse )		 88.90585(2) [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration [Kr] 4d 1 5s 2
Atomradius 178 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius 162  kl
Ion radius (+3e) 89.3  kl
Elektronegativitet 1,22 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale 0
Oxidationstilstande +3
Ioniseringsenergi
(første elektron)		 615,4 (6,38)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. ) 4,47 g/cm³
Smeltetemperatur 1795 K
Kogetemperatur 3611 K
Oud. fusionsvarme 11,5 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme 367 kJ/mol
Molær varmekapacitet 26,52 [3]  J/(K mol)
Molært volumen 19,8  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur Sekskantet
Gitterparametre a=3,647 c=5,731  Å
c / a -forhold 1,571
Debye temperatur [4 ] 280K 
Andre egenskaber
Varmeledningsevne (300 K) (17,2) W/(m K)
CAS nummer 7440-65-5
39 Yttrium
Y88,9058
4d 1 5s 2

Yttrium  ( kemisk symbol - Y , fra lat.  Y ttrium ) er et kemisk grundstof af den 3. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den tredje gruppe, IIIB), den femte periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 39.

Det simple stof yttrium  er et let sølvfarvet sjældent jordart overgangsmetal . Den findes i to krystallinske modifikationer: α-Y med et sekskantet gitter af magnesiumtypen , β-Y med et kubisk kropscentreret gitter af typen α-Fe , overgangstemperaturen α↔β er 1482 °C [3] .

Historie

I 1794 isolerede den finske kemiker Johan (Johann) Gadolin (1760-1852) grundstoffet oxid fra mineralet ytterbit , som han kaldte yttrium - efter navnet på den svenske bosættelse Ytterby beliggende på øen Resarö, en del af Stockholms skærgård ( ytterbit blev fundet her i en forladt karriere). I 1843 beviste Carl Mosander , at dette oxid faktisk var en blanding af yttrium-, erbium- og terbiumoxider og isolerede Y 2 O 3 fra denne blanding . Yttriummetal, der indeholder urenheder af erbium, terbium og andre lanthanider, blev først opnået i 1828 af Friedrich Wöhler .

At være i naturen

Yttrium er den kemiske analog af lanthan . Clark 26 g/t, indhold i havvand 0,0003 mg/l [5] . Yttrium findes næsten altid sammen med lanthaniderne i mineraler . På trods af ubegrænset isomorfisme , i gruppen af ​​sjældne jordarter , under visse geologiske forhold, er en separat koncentration af sjældne jordarter i undergrupperne yttrium og cerium mulig. For eksempel med alkaliske bjergarter og tilhørende postmagmatiske produkter udvikles cerium-undergruppen overvejende, mens med postmagmatiske produkter af granitoider med øget alkalinitet udvikles yttrium-undergruppen. De fleste fluorcarbonater er beriget med elementer fra cerium-undergruppen. Mange tantaloniobater indeholder en undergruppe af yttrium, og titanater og titanium - tantaloniobater indeholder cerium. De vigtigste mineraler i yttrium er xenotime YPO 4 , gadolinit Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 .

Indskud

De vigtigste forekomster af yttrium er lokaliseret i Kina , Australien , Canada , USA , Indien , Brasilien , Malaysia [6] . Der er betydelige reserver i dybvandsforekomsten af ​​sjældne jordarters mineraler nær Stillehavsøen Minamitori i den eksklusive økonomiske zone i Japan [7] .

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af yttriumatomet er: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 1 5s 2

Yttrium er et sjældent jordmetal med en lys sølvfarve . Eksisterer i to krystallinske modifikationer: α-Y med et hexagonalt gitter af magnesiumtypen (a=3,6474 Å; c=5,7306 Å; z=2; rumgruppe P6 3 /mmc ), β-Y med et kubisk kropscentreret gitter af α-typen -Fe (a=4,08 Å; z=2; rumgruppe Im3m ), overgangstemperatur α↔β 1482 °C, ΔH-overgang - 4,98 kJ/mol. Smeltepunkt  - 1528 ° C, kogepunkt  - omkring 3320 ° C. Yttrium er let bearbejdeligt [3] .

Isotoper

Yttrium er et monoisotopisk grundstof , i naturen er det repræsenteret af et stabilt nuklid 89 Y [3] .

Yttrium-90 har fundet anvendelse i radionuklidbehandling af onkologiske sygdomme.

Kemiske egenskaber

I luft er yttrium dækket af en tæt beskyttende oxidfilm. Ved 370–425 °C dannes en tæt sort oxidfilm. Intens oxidation begynder ved 750 °C. Det kompakte metal oxideres af atmosfærisk oxygen i kogende vand, reagerer med mineralsyrer , eddikesyre , reagerer ikke med hydrogenfluorid . Yttrium reagerer med halogener , brint, nitrogen, svovl og fosfor ved opvarmning. Oxid Y 2 O 3 har grundlæggende egenskaber, det svarer til basen Y (OH) 3 .

Henter

Yttriumforbindelser opnås fra blandinger med andre sjældne jordarters metaller ved ekstraktion og ionbytning. Metallisk yttrium opnås ved reduktion af vandfri yttriumhalogenider med lithium eller calcium efterfulgt af destillation af urenheder.

Ansøgning

Yttrium er et metal med en række unikke egenskaber, og disse egenskaber bestemmer i høj grad dets meget brede anvendelse i industrien i dag og formentlig endnu mere i fremtiden. Trækstyrken for ulegeret rent yttrium er omkring 300 MPa (30 kg/mm²), hvilket kan sammenlignes med stål ved halvdelen af ​​densiteten. En meget vigtig kvalitet ved både metallisk yttrium og en række af dets legeringer er det faktum, at yttrium, da det er kemisk aktivt, når det opvarmes i luft, er dækket af en film af oxid og nitrid, som beskytter det mod yderligere oxidation op til 1000° C.

Yttrium keramik

Keramik til varmeelementer

Yttriumchromit er et materiale til de bedste højtemperaturmodstandsvarmere, der er i stand til at fungere i et oxiderende miljø (luft, ilt).

IR keramik

Yttralox er en fast opløsning af thoriumdioxid i yttriumoxid. Til synligt lys er dette materiale gennemsigtigt, ligesom glas, men det transmitterer også infrarød stråling meget godt , derfor bruges det til fremstilling af infrarøde "vinduer" til specialudstyr og raketter og bruges også til at se "øjne" med høje -temperaturovne. Ittralox smelter kun ved en temperatur på omkring 2207 ° C.

Ildfaste materialer

Yttriumoxid er et ildfast materiale , der  er ekstremt modstandsdygtigt over for opvarmning i luft , hærder med stigende temperatur (maksimalt ved 900-1000 ° C), velegnet til smeltning af en række højaktive metaller (inklusive yttrium selv). Yttriumoxid spiller en særlig rolle ved støbning af uran. Et af de vigtigste og mest ansvarlige anvendelsesområder for yttriumoxid som et varmebestandigt ildfast materiale er fremstillingen af ​​de mest holdbare og højkvalitets stålstøbningsdyser (en anordning til doseret frigivelse af flydende stål), i kontakt med en bevægende strøm af flydende stål, er yttriumoxid den mindst eroderet. Det eneste kendte og overlegne yttriumoxid i kontakt med flydende stål er scandiumoxid , men det er ekstremt dyrt.

Termoelektriske materialer

En vigtig forbindelse af yttrium er dets tellurid. Med en lav massefylde, højt smeltepunkt og styrke har yttriumtellurid en af ​​de største termiske emf blandt alle tellurider, nemlig 921 μV/K (f.eks. har bismuthtellurid 280 μV/K) og er af interesse for produktion af termoelektriske generatorer med øget effektivitet.

Superledere

En af komponenterne i yttrium-kobber-barium-keramik med den generelle formel YBa 2 Cu 3 O 7-δ  er en højtemperatur-superleder med en superledende overgangstemperatur på ca. -183°C.

Legeringer af yttrium

Lovende anvendelsesområder for yttriumlegeringer er luftfartsindustrien, nuklear teknologi og bilindustrien. Det er meget vigtigt, at yttrium og nogle af dets legeringer ikke interagerer med smeltet uran og plutonium, hvilket gør det muligt at bruge dem i en nuklear gasfase raketmotor.

Legering

Doping af aluminium med yttrium øger den elektriske ledningsevne af ledninger lavet af det med 7,5 % .

Yttrium har en høj trækstyrke og smeltepunkt, derfor er det i stand til at skabe betydelig konkurrence om titanium inden for alle anvendelsesområder for sidstnævnte (på grund af det faktum, at de fleste yttriumlegeringer har større styrke end titanlegeringer, og desuden yttriumlegeringer ikke har "krybning" under belastning, hvilket begrænser omfanget af titanlegeringer).

Yttrium indføres i varmebestandige nikkel-chrom-legeringer (nichromer) for at øge driftstemperaturen for varmetråden eller båndet og for at øge levetiden for varmeviklinger (spiraler) med en faktor på 2-3, hvilket er ca. stor økonomisk betydning (brugen af ​​scandium i stedet for yttrium er flere gange øger legeringernes levetid).

Magnetiske materialer

En lovende magnetisk legering, neodym -yttrium- cobalt , er ved at blive undersøgt .

Belægninger med yttrium og dets forbindelser

Sputtering (detonation og plasma) af yttrium på dele af forbrændingsmotorer gør det muligt at øge slidstyrken af ​​dele med 400-500 gange sammenlignet med forkromning .

Fosforer

Yttriumvanadat , dopet med europium , bruges til fremstilling af farve-tv -billedrør .

Yttriumoxosulfid , aktiveret med europium, bruges til produktion af fosfor i farvefjernsyn (rød komponent), og aktiveret med terbium til sort-hvidt fjernsyn.

Yttrium aluminium granat (YAG) doteret med trivalent cerium med en maksimal emission i det gule område bruges i design af fosfor hvide LED'er .

Buesvejsning

Tilsætningen af ​​yttrium til wolfram reducerer kraftigt elektronens arbejdsfunktion (for rent yttrium 3,3 eV), som bruges til fremstilling af yttrerede wolframelektroder til argonbuesvejsning og er en væsentlig udgiftspost for metallisk yttrium.

Yttriumhexaborid har også en lavelektronarbejdsfunktion (2,22 eV) og bruges til fremstilling af katoder til kraftige elektronkanoner (elektronstrålesvejsning og vakuumskæring).

Medicin - strålebehandling

Isotopen Yttrium-90 ( 90 Y) spiller en vigtig rolle i behandlingen af ​​hepatocellulær og nogle andre former for cancer. I dette tilfælde udføres transarteriel radioembolisering af tumoren med mikrosfærer indeholdende 90 Y [8] .

Andre anvendelser

Yttrium beryllide (såvel som scandium beryllide ) er et af de bedste strukturelle materialer til rumfartsteknik, og smelter ved en temperatur på omkring 1920 ° C og begynder at oxidere i luften ved 1670 ° C. Den specifikke styrke af et sådant materiale er meget høj, og når det bruges som en matrix til fyldning med whiskers, er det muligt at skabe materialer med fantastisk styrke og elastiske egenskaber.

Yttriumtetraborid bruges som materiale til kontrolstænger i atomreaktorer (det har en lav udgasning af helium og brint).

Yttriumorthotantalat syntetiseres og bruges til fremstilling af røntgenfaste belægninger.

Der er syntetiseret Yttrium-aluminium granater (YAG), som har værdifulde fysiske og kemiske egenskaber, som også kan bruges i smykker, og har været brugt i ret lang tid som teknologiske og relativt billige materialer til solid-state lasere. Et vigtigt lasermateriale er IGG, yttrium-scandium-gallium granat.

Yttrium-jernhydrid bruges som brintakkumulator med høj kapacitet og er ret billig.

Priser for yttrium

  • Yttrium med en renhed på 99-99,9% koster i gennemsnit 115-185 US dollars pr. 1 kg.


Noter

  1. ↑ 1 2 Wieser M. E. , Coplen T. B. , Wieser M. Grundstoffernes atomvægte 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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  3. ↑ 1 2 3 4 Redaktion: Knunyants I. L. (chefredaktør). Chemical Encyclopedia: i 5 bind - M . : Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - S. 277. - 671 s. — 100.000 eksemplarer.
  4. ↑ Yttrium på Integral Scientist Modern Standard Periodic Table . Hentet 5. august 2009. Arkiveret fra originalen 2. maj 2009.
  5. ↑ JP Riley og Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  6. ↑ Yttrium :: AMT&C Group . Hentet 20. september 2010. Arkiveret fra originalen 19. januar 2012.
  7. ↑ Dybhavsmudders enorme potentiale som en kilde til sjældne jordarters elementer . Hentet 1. januar 2019. Arkiveret fra originalen 23. januar 2019.
  8. ↑ Kallini JR, Gabr A., ​​​​Salem R., Lewandowski RJ. Transarteriel radioembolisering med Yttrium-90 til behandling af hepatocellulært karcinom  (engelsk)  // Adv Ther. : journal. - 2016. - 2. april.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Yttriumforbindelser _
 Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev
  en 2                             3 fire 5 6 7 otte 9 ti elleve 12 13 fjorten femten 16 17 atten
en H   Han
2 Li Være   B C N O F Ne
3 Na mg   Al Si P S Cl Ar
fire K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Som Se Br kr
5 Rb Sr   Y Zr NB Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jeg Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Om eftermiddagen sm Eu Gd Tb D y Ho Eh Tm Yb Lu hf Ta W Vedr Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn
7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Er cm bk jfr Es fm md ingen lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
alkalimetaller jordalkalimetaller Lanthanider Aktinider overgangsmetaller
letmetaller _ Halvmetaller ikke-metaller Halogener ædelgasser
 Elektrokemisk aktivitet serie af metaller

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 , Tl , Co , Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H2 ,
W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au _