Ітрій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Ітрій (Y)
Атомний номер 39
Зовнішній вигляд простої речовини сріблястий, в'язкий, досить
хімічно активний метал
Yttrium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 88,90585 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 178 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 615,4(6,38) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Kr] 4d15s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 162 пм
Радіус іона (+3e)89,3 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,22
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення +3
Термодинамічні властивості
Густина 4,47 г/см³
Молярна теплоємність 0,284 Дж/(К·моль)
Теплопровідність (17,2) Вт/(м·К)
Температура плавлення 1795 К
Теплота плавлення 11,5 кДж/моль
Температура кипіння 3611 К
Теплота випаровування 367 кДж/моль
Молярний об'єм 19,8 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,650 Å
Відношення с/а 1,571
Температура Дебая 256[1] К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Ітрій у Вікісховищі?

Ітрій (yttrium) — хімічний елемент, символ Y, ат. н. 39; ат. м. 88,9059; легкий і м'який сріблясто-білий метал. Належить до рідкісноземельних елементів. Густина 4,469, температура плавлення 1528 °C, кипіння 3322 °C. Окиснюється на повітрі; при кімнатній температурі поглинає Н2; реагує з Н2О, О2, HCI, HNO3 i H2SO4. Єдиний стабільний ізотоп — 89Y.

Основні сполуки — оксиди, карбонати, фосфати, флуориди.

Історія[ред. | ред. код]

У 1787 році Карл Арреніус знайшов у закинутій шахті неподалік від шведського містечка Іттербю невідомий раніше мінерал, що отримав назву ітербіт[2] і надіслав його фінському хіміку Югану Ґадоліну, тому що підозрював наявність у ньому вольфраму. Гадолін, проаналізувавши ітербіт у 1794 році, встановив, що на 38 % він складається з оксиду невідомого раніше елементу. У 1797 році Андерс Ґустаф Екеберг отримав цей оксид в чистому вигляді. Новий елемент отримав назву ітрій, а мінерал ітербіт, за заслуги Гадоліна, пізніше був перейменований у гадолініт.

Виділення чистого ітрію було вкрай важким. Лише у 1824 році Фрідріх Велер отримав металевий ітрій (хоча і з великою кількістю домішок) відновивши його калієм з хлориду ітрію[3].

Через деякий час виявилося, що у «ітрієва земля» містить не один новий елемент. У 1843 році Карл Ґустав Мосандер розділив її на три окремих оксиди, білий, коричневий і рожевий, що містили три нових елементи, які отримали назви від частин слова Іттербю: ітрій (білий), тербій (коричневий) і ербій (рожевий). Пізніше було встановлено, що «ербій» в свою чергу містить в собі ще чотири нових елементи — ітербій, тулій, скандій і лютецій[4].

Присутність семи невідомих елементів в одному мінералі є екстраординарною, проте може бути пояснена дуже подібними хімічними властивостями рідкоземельних металів.

У 1987 році Чу Чінг-ву (Chu Ching-wu) та Маокун Ву(Maw-Kuen Wu) відкрили явище високотемпературної надпровідності у кристалах оксиду ітрію-барію-міді[5].

Властивості[ред. | ред. код]

Ітрій — сріблястий, м'який метал (модуль зсуву 26 ГПа, модуль Юнга 64 ГПа — обидва втричі нижчі ніж у заліза). Теплопровідність порівняно мала — 17 Вт/(м·К). Коефіцієнт теплового розширення — 19,2·10−6 K−1 вздовж головної осі і 4,6·10−6 K−1 вздовж перпендикулярної[1]. Парамагнетик[6].

Хімічно активний, на повітрі швидко вкривається чорною плівкою з оксидів і нітридів, що запобігає подальшому окисненню.

Ітрій має 2 алотропні модифікації, α-Y, у якому атоми утворюють гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a=0,36451 нм, і c=0,57305 нм, і β-Y, атоми якого утворюють об'ємноцентровану ґратку з періодом 0,4111 нм. Перехід у β-фазу відбувається при температурі 1760 К[1].

Переріз реакції поглинання теплових нейтронів — усього 1,31 барн, через що ітрій використовується у ядерній енергетиці[1].

Розповсюдження[ред. | ред. код]

Кларк ітрію у земній корі — 29×10−4 % за масою. У океанах — 1,3×10−9%, у Всесвіті — 7×10−7%[7].

Відомо 65 мінералів ітрію. Головні мінерали, які містять до 25 % Y: титаноніобати (ферґусоніт, евксеніт), фосфати (ксенотим, черчит), карбонати (тенгерит, Y-сінхізит), силікати (гадолініт, ітріаліт, гелландит), флуориди (гагарініт, Y-флюорит).

Отримання[ред. | ред. код]

Після дещо складного процесу відділення від попутних елементів за допомогою іонного обміну переводять з суміші у оксид ітрію, потім за допомогою HF у фторид. Після чого відновлюють кальцієм. Решту кальцію із сплаву відганяють плавкою у вакуумі. Промислове значення мають розсипи ферґусоніту (США, КНР) і ксенотиму (Малайзія та ін.). У підвищених кількостях (0,1-1,0 %) І. зустрічається в цирконі, сфені, апатиті, евдіаліті, уранініті і може вилучатися при їх переробці.

Застосування[ред. | ред. код]

структура оксиду ітрія-барія-міді

Ітрій використовують як легуючу домішку у сплавах з різними металами. При додаванні до заліза, підвищує його ковкість, до алюмінію — міцність і жаростійкість, до ванадію — пластичність, до хрому — жаростійкість. Також, додавання до хрому, молібдену і цирконію зменшує їх зернистість[8].

Оксисульфід ітрію використовується як люмінофор для передачі червоного кольору у телевізорах з електронно-променевою трубкою[8].

Оксид ітрію додають до скла, що використовується у лінзах камер для підвищення його жаростійкості і міцності[8].

Також ітрій використовують для виготовлення високотемпературних надпровідників — сімейство сполук, відома під загальною назвою оксиди ітрія-барія-міді[en](YBCO). Критична температура таких надпровідників досягає 92К, завдяки чому їх можна охолодити до надпровідного стану рідким азотом, який значно доступніший за рідкий водень[9].

Кристали ітрієво-залізистих гранатів використовуються як резонатори у частотомірах[8].

Примітки[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]