Иттрий является одним из важных редкоземельных элементов , учитывая его применение в различных областях, например, в лазерах, керамике, объективах фотоаппаратов и многих других предметах. Иттрий также применяется в качестве добавки в сплавах. В этом посте вы узнаете больше об открытии, производстве, свойствах и использовании элемента иттрий.
Введение в редкоземельный иттрий
Иттрий — редкоземельный элемент, принадлежащий к переходному семейству элементов и металлов-лантанидов. Он считается одним из редкоземельных элементов, имеющим 50 изотопов, причем единственным стабильным изотопом является только иттрий-89. Химический элемент обозначается символом Y и атомным номером 39. Иттрий представляет собой переходный металл серебристого цвета с химическими свойствами, подобными металлам-лантаноидам. Этот элемент обычно встречается в сочетании с другими лантаноидными элементами в редкоземельных минералах. В природе он никогда не встречался в свободном виде.
Важными применениями иттрия являются производство светодиодов и люминофоров, электродов, электролитов, сплавов, электронных фильтров, лазеров и различных медицинских применений. Этот элемент не имеет известной биологической роли. Однако было показано, что воздействие соединений иттрия вызывает заболевания легких у людей.
Открытие редкоземельного иттрия
Иттрий назван в честь иттербита, минерала, впервые обнаруженного в 1787 году лейтенантом шведской армии и химиком по совместительству Карлом Акселем Аррениусом. Аррениус назвал минерал в честь Иттерби, деревни в Швеции, где он был обнаружен. Первоначально он думал, что открыл новый минерал вольфрамового элемента.
Однако после отправки образцов минерала на анализ в разные лаборатории Йохан Гадолин, живший в Финляндии, в 1794 году объявил, что образец Арренуиуса содержит новую «землю», составляющую 38% его веса. Вещество назвали «землей», потому что оно представляло собой оксид иттрия Y2O3, который невозможно было восстановить далее нагреванием древесным углем. Гадолин выделил иттрий из минерала.
Позже, в 1843 году, другой шведский химик, Карл Густав Мосандер, провел дальнейшие исследования образцов иттрия и обнаружил наличие трех оксидов, которые он назвал иттрием, эрбием и тербием. В настоящее время они известны как оксид иттрия (белый), оксид тербия (желтый) и оксид эрбия розового цвета соответственно. В 1878 году был также идентифицирован четвертый оксид — оксид иттербия.
Обнаружение и производство редкоземельного иттрия
Иттрий никогда не встречается в свободном виде; вместо этого этот элемент встречается в составе большинства редкоземельных минералов. Он встречается в некоторых урановых рудах. Иттрий содержится в почве в концентрации 10-150 частей на миллион (сухая масса), а также в морской воде в концентрации 9 частей на миллион. Ярким примером являются образцы лунной породы, собранные во время американского проекта «Аполлон», которые содержали большое количество иттрия. Руды иттрия добывают преимущественно в Канаде, Бразилии, Китае, Австралии, Венгрии и Греции.
Хотя иттрий не выполняет никакой функции в биологических системах, он содержится в очень небольших количествах в большинстве организмов, включая человека. Было обнаружено, что элемент концентрируется в печени, почках, селезенке, легких и костях. Исследования также показали наличие иттрия в съедобных растениях в концентрациях от 20 до 100 частей на миллион, при этом в семенах древесных растений наблюдаются самые высокие известные концентрации.
Производство иттрия
Иттрий встречается в более высоких концентрациях в группе тяжелых редкоземельных элементов (HREE), в первую очередь из-за размера его иона, хотя он имеет меньшую атомную массу. По химическому составу он подобен лантанидам и встречается в тех же редкоземельных минералах. Это означает, что он извлекается с помощью тех же процессов очистки.
Иттрий можно производить в промышленных масштабах из обычных редкоземельных руд, таких как бастнезит, монацит, ксенотим, ионно-абсорбционные глины или логнанские глины. Чтобы получить чистый иттрий из смешанных оксидных руд, руды растворяют в серной кислоте и фракционируют ионообменной хроматографией. При добавлении щавелевой кислоты выпадает в осадок оксалат иттрия, который затем при нагревании в кислороде превращается в оксид.
Реакцией оксида иттрия с фторидом водорода получают фторид иттрия. При наличии подходящего противоиона в растворе можно получить соли иттрия чистотой 99,999%.
Свойства редкоземельного иттрия
- Было обнаружено, что оксид иттрия, бария, меди обеспечивает высокотемпературную сверхпроводимость. Иттрий — второй известный материал, обладающий сверхпроводимостью.
- Иттрий очень похож на лантаноиды, поэтому его можно отнести к ним как к редкоземельному элементу.
- Иттрий — мягкий, серебристо-металлический, блестящий и высококристаллический переходный металл.
- Чистый элемент иттрий относительно стабилен на воздухе в нерасфасованном виде, но очень нестабилен на воздухе, когда покрывающее его оксидное пленочное покрытие удалено.
- Он имеет температуру плавления 2772 ° F (1522 ° C) и температуру кипения 6053 ° F (3345 ° C).
- Плотность элемента 4,47 г/см3.
Изотопы редкоземельного иттрия
Иттрий имеет до 35 различных изотопов, которые были охарактеризованы. Большинство этих изотопов являются обычными продуктами ядерного деления урана при ядерных взрывах и ядерных реакторах. Однако стабилен только изотоп иттрий-89.
Использование редкоземельного иттрия
- Иттрий часто используется в качестве добавки в сплавах, где он служит для повышения прочности алюминиевых и магниевых сплавов.
- Иттрий также используется при изготовлении микроволновых фильтров для радаров.
- Мишени для распыления иттрия и материалы для испарения иттрия используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
- Иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ) используется в лазерах для резки металлов.
- Он используется для изготовления белых светодиодов.
- Его использовали в качестве катализатора при полимеризации этилена.
- Иттрий используется в качестве катализатора при полимеризации этана.
- Оксид иттрия добавляется в стекло, используемое для изготовления объективов фотоаппаратов. Это делает линзы устойчивыми к нагреву и ударам.
- Иттрий используется для изготовления сверхпроводников.
- Радиоактивный изотоп иттрия иттрий-90 используется для лечения некоторых видов рака, таких как рак печени.
- Небольшие количества иттрия используются в катодах литий-железо-фосфатных батарей.
- Оксид иттрия используется для стабилизации оксида цикрония при производстве порошка для термобарьерных покрытий.
Заключение
Редкоземельный иттрий — переходный металл с атомным номером 39, который характеризуется как редкоземельный элемент. В природе он встречается в тех же рудах, что и большинство редкоземельных металлов.