Відкрити головне меню

Ітрій

хімічний елемент із атомним номером 39

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.

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?

Основні сполуки — оксиди, карбонати, фосфати, флуориди.

Зміст

ІсторіяРедагувати

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].

ВластивостіРедагувати

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].

РозповсюдженняРедагувати

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).

ОтриманняРедагувати

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.

ЗастосуванняРедагувати

 
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].

ПриміткиРедагувати

ЛітератураРедагувати