Итрий

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Итрий
Итрий – сребристо-бял метал
Сребристо-бял метал
Спектрални линии на итрий
СтронцийИтрийЦирконий
Sc

Y

La
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Итрий, Y, 39
Група, период, блок 35d
Химическа серия преходен метал
Електронна конфигурация [Kr] 4d1 5s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 9, 2
CAS номер 7440-65-5
Свойства на атома
Атомна маса 88,90584 u
Атомен радиус (изч.) 180 (212) pm
Ковалентен радиус 190±7 pm
Степен на окисление 3, 2, 1
Оксид Y2O3 (слабо основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,22
Йонизационна енергия I: 600 kJ/mol
II: 1180 kJ/mol
III: 1980 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура шестоъгълна плътноопакована
Плътност 4472 kg/m3
Температура на топене 1799 K (1526 °C)
Температура на кипене 3203 K (2930 °C)
Моларен обем 19,881×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене 11,42 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 363 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1883 2075 2320 2627 3036 3607
Скорост на звука 3300 m/s при 25 °C
Специф. топл. капацитет 298 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 1,8×106 S/m при 25 °C
Специф. ел. съпротивление 0,596 Ω.mm2/m при 25 °C
Топлопроводимост 17,2 W/(m·K)
Магнетизъм парамагнитен[1]
Модул на еластичност 63,5 GPa
Модул на срязване 25,6 GPa
Модул на свиваемост 41,2 GPa
Коефициент на Поасон 0,243
Твърдост по Бринел 200 – 589 MPa
История
Наименуван на Итербю и минерала гадолинит (итербит)
Откритие Йохан Гадолин [2]
(1794 г.)
Изолиране Фридрих Вьолер [3]
(1828 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
87Y синт. 3,4 дни ε 87Sr
γ
88Y синт. 106,6 дни ε 88Sr
γ
89Sr 100 % стабилен
90Y синт. 2,7 дни β- 90Zr
γ
91Y синт. 58,5 дни β- 91Zr
γ

Итрий е химичен елемент със символ Y и атомен номер 39. Той е сребрист преходен метал, химически сходен с лантанидите. Исторически е определян като редкоземен елемент. Итрият почти винаги се намира в природата като химическо съединение, с лантанидите, в редкоземните минерали и не се намира като свободен елемент в природата. Единственият му стабилен изотоп е 89Y.

През 1787 Карл Аксел Арениус открива нов минерал в близост до Итерби[4] в Швеция и го нарича „итербит“ на името на селото. Йохан Гадолин открива оксида на итрия в пробата на Арениус през 1794, а Адерс Густав Екеберг нарича новия оксид утриа. Самият елемент итрий е изолиран за пръв път от Фридрих Вьолер през 1828 г.

Най-голямата полза от итрия е в правенето на фосфори, като червените такива, използвани в мониторите и в светодиодите. Други ползи включват продукцията на електроди, електролити, електрически филтри, лазери и свръхпроводници. Елементът се използва и в медицината. Смесва се с други материали, за да засили техните свойства. Итрият не играе биологична роля, но излагането на елемента може да доведе до белодробни заболявания при хората.

Наличие в природата[редактиране | редактиране на кода]

Съдържанието на итрия в земната кора се оценява на около 3.10-3% по маса и 30-о място по разпространение сред елементите. Той има рядкосрещани минерали, но се намира в по-голямо количество в ксенотим – YPO4 и гадолинит – MIII
2
MII
3
Si2O10 (MII = Fe, Be и MIII предимно по-тежките лантаноиди).[5] Съдържанието му е разпръснато, главно като примес в минерали на много други елементи.

История[редактиране | редактиране на кода]

През 1878 г. в кариера близо до селищато Итерби в Швеция е намерен неизвестен дотогава черен блестщ минерал, наречен „итербит“. През 1794 г. финланският химик Йохан Гадолин изучава състава на този минерал, откривайки оксиди на желязото, калция, меагнезия и силиция и 38% на неизвестен елемент. Три години по-късно шведският химик Андерс Екеберг потвърждава тези резултати и очиства този оксид, наречен от него „оксид на итрия“. По-късно минералът итербит е наречен гадолинит. В него са открити седем нови преходни метала.[4]

Итрият е изолиран в чист вид от Фридрих Вьолер по реакцията:

.

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Итрият е сребристосив метал с плътност 4,47 g/cm3 при 20° C. Има хексагонална стеноцентрична сингония. Топи се при 1526° C и кипи при 3336° C.

Изотопи[редактиране | редактиране на кода]

В природата итрият съществува със своя единствен стабилен изотоп 89Y, синтезиран в звездите при s- и r-процес. Този изотоп има ниско ниско сечение на залавяне на топлинни електрони, позволяващо използването му в ядрени реактори.[4]

Получени и изследвани са 32 радиоактивни изотопа и 21 изомера с A от 76 до 108. Изотопите с A от 90 до 97 са продуктри от ядреното делена на урана и плутония.

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Итрият е преходен метал, член на 3та група със строеж на електронната обвивка KLM4s24p64d15s2 – прибавя се d-подслоя като първи d-елемент. Проявява главно трета валентност, по-рядко първа и втора. Има много близки свойства с лантаноидите.

При излагане на въздух запазва блясъка си за по-дълго, защото се покрива с оксидна корица от Y2O3.

Съединения[редактиране | редактиране на кода]

Оксид и хидроксид[редактиране | редактиране на кода]

Y2O3 е бяло, твърдо вещество, един от най-стабилните оксиди (ΔfH0 = -1749,9 kJ/mol). Получава се при накаляване на Y(OH)3, Y(NO3)3 и Y2(C2O4)3. Итриевият оксид е неразтворим във вода.[5] Използва се като изхода суровина за твърди лазерни материали, луминофори, ферити и викосотемпературни свръпроводници.

Y(OH)3 се получава индиректно. Представлява бяла, пихтиеса основна утайка. При разтваряне в киселини дава безцветни соли, съдържащи диамагнитният Y3+ катион.

Халогениди[редактиране | редактиране на кода]

YF3 е малкоразтворима много стабилна бяла утайка. Останалите халогениди са многоразтворими. YCl3 се използва за получаването на чист итрий и синтезирането на органоитриеви съединетия.

Соли[редактиране | редактиране на кода]

Водните разтвори на итриевите соли са с неутрален характер.[5] Карбонатът, оксалатът, фосфатът и флуоросиликатът са малкоразтворими. Известни са двойни соли от рода на стипците при сулфатите – MI
2
Y2(SO4)3•24H2, и нитратите – 2NH4NO3•Y(NO3)3•4H2O.

Други съединнения[редактиране | редактиране на кода]

Итриевият сулфид е малкоразтворим. Познати са високотопими твърди карбиди, нитриди и бориди. Итрият обарзува хидридите YH2 и YH3. Те са нестабилни при нагряване и Y се отделя във вид на прах.

Производство[редактиране | редактиране на кода]

Получаването на итрий е затруднето поради рядкосрещаните му минерали и близките му свойства с лантанидите. Извличането на итрий се свежда до отделянето му от урана и редкоземните метали чрез йонообменни смоли.[5] След това чист метал се получава от стопилка на YCl3 чрез редукция с Ca.

Приложение[редактиране | редактиране на кода]

Въпреки трудното получаване, итрият и съединенията му намират приложение в човешката дейност:

  • 0,1 - 0,2% Y се използвата, за да се намали размерът на зърната на Cr, Mo, Ti и Zr, което повишава механичните им свойства.
  • Сплав на Al или Mg с 1% Y се използва в самолетостроенето.
  • Y2O3, YVO4 и Y2O2S, легирани с Eu3+ фосфоресцират, излъчвайки червения цвят в пикселите на телевизорите, а легирането с Tb3+ излъчва зелен цвят.[4]
  • Полускъпоценни изкествени итриеви гранати като Y3Fe5O12, се използват в електронни устройства. Y2Al5O12 се използва за направата на украшения, а YVO4 и LiYF4, легирани с Nb, Er и Yb са подходящи за лазери. YBa2Cu3O7 е свръхпроводник при 93K.[4]

Биологични ефекти[редактиране | редактиране на кода]

Итриевите съединения са отровни, особено във вид на прах или разтворени във вода. Те най-често увреждат белите дробове.[4]

Бележки[редактиране | редактиране на кода]

  1. Lide 2005.
  2. van der Krogt .
  3. Lide 2008.
  4. а б в г д е Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. София, Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 209-211.
  5. а б в г Киркова, Елена. Химичните елементи и техните изотопи. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 476 – 483.
Цитирани източници
  • Lide, D. R.. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th. Boca Raton (FL), CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. (на английски)
  • van der Krogt, Peter. 39 Yttrium. // Elementymology & Elements Multidict. vanderkrogt.net. (на английски)
  • Lide, D. R.. Yttrium. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. Т. 4. New York, CRC Press, 2008. ISBN 978-0-8493-0488-0. p. 41. (на английски)

Външни препратки[редактиране | редактиране на кода]