Ітрій

Ітрій (Y)
Атомний номер	39
Зовнішній вигляд простої речовини	сріблястий, в'язкий, досить хімічно активний метал
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] 4d^15s^2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	162 пм
Радіус іона	(+3e)89,3 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,22
Електродний потенціал	Y←Y^3+ –2,37 В
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
Інші властовості
Критична точка	н/д
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

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

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

Кларк ітрію у земній корі — 29×10⁻⁴ % за масою. У океанах — 1,3×10⁻⁹%, у Всесвіті — 7×10⁻⁷%^[6].

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).

Ізотопи

Весь природній ітрій складається лише з одного стабільного ізотопу, Y⁸⁹.

Загалом відомо 51 ізотоп ітрію з масовими числами від 76 до 109, 17 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, найбільші періоди напіврозпаду мають Y⁸⁸ (106,6 днів) і Y⁹¹ (58,5 днів)^[7].

Отримання

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

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

1. Poole, 2004, с. 1503.
2. History of Yttrium and Scandium [Архівовано 25 лютого 2019 у Wayback Machine.](англ.)
3. Yttrium Element Facts [Архівовано 25 лютого 2019 у Wayback Machine.](англ.)
4. Петрянов-Соколов, 1983, с. 488.
5. Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure [Архівовано 24 вересня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
6. Technical data for Yttrium [Архівовано 9 березня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
7. Isotopes of the Element Yttrium [Архівовано 13 червня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
8. Y — Yttrium [Архівовано 2 березня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
9. High temperaturesuperconductors: Properties and applications [Архівовано 24 червня 2019 у Wayback Machine.](англ.)

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Водород — палладий // Популярная библиотека химических элементов / И.В. Петрянов-Соколов. — 3. — М. : Наука, 1983. — Т. 1. — 559 с.
• Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.