иттрий что это такое
Иттрий
И́ттрий / Yttrium (Y), 39
Содержание
История
В 1794 году финский химик Юхан (Иоганн) Гадолин (1760—1852) выделил из минерала иттербита оксид элемента, который он назвал иттрием — по названию шведского населённого пункта Иттербю, находящегося на острове Ресарё, входящем в Стокгольмский архипелаг (иттербит был найден здесь в заброшенном карьере). В 1843 году Карл Мосандер доказал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов иттрия, эрбия и тербия и выделил из этой смеси Y2O3. Металлический иттрий, содержащий примеси эрбия, тербия и других лантаноидов, был получен впервые в 1828 году Фридрихом Велером.
Нахождение в природе
Месторождения
Получение
Соединения иттрия получают из смесей с другими редкоземельными металлами экстракцией и ионным обменом. Металлический Y получают восстановлением безводных галогенидов иттрия литием или кальцием c последующей отгонкой примесей.
Физические свойства
Изотопы
Химические свойства
На воздухе иттрий покрывается плотной защитной оксидной пленкой. При 370—425 °C образуется плотная черная пленка оксида. Интенсивное окисление начинается при 750 °C. Компактный металл окисляется кислородом воздуха в кипящей воде, реагирует с минеральными кислотами, уксусной кислотой, не реагирует с фтороводородом. Иттрий при нагревании взаимодействует с галогенами, водородом, азотом, серой и фосфором. Оксид Y2О3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Y(ОН)3.
Применение
Иттриевая керамика
Керамика для нагревательных элементов
Хромит иттрия — материал для лучших высокотемпературных нагревателей сопротивления, способных эксплуатироваться в окислительной среде (воздух, кислород).
ИК — керамика
«Иттралокс»(Yttralox) — твёрдый раствор двуокиси тория в окиси иттрия. Для видимого света этот материал прозрачен, как стекло, но также он очень хорошо пропускает инфракрасное излучение, поэтому его используют для изготовления инфракрасных «окон» специальной аппаратуры и ракет, а также используют в качестве смотровых «глазков» высокотемпературных печей. Плавится «Иттрий-локс» лишь при температуре около 2207 °C.
Огнеупорные материалы
Оксид иттрия — чрезвычайно устойчивый к нагреву на воздухе огнеупор, упрочняется с ростом температуры (максимум при 900—1000 °C), пригоден для плавки ряда высокоактивных металлов (в том числе и самого иттрия). Особую роль оксид иттрия играет при литье урана. Одной из наиболее важных и ответственных областей применения оксида иттрия в качестве жаропрочного огнеупорного материала является производство наиболее долговечных и качественных сталеразливочных стаканов (устройство для дозированного выпуска жидкой стали), в условиях контакта с движущимся потоком жидкой стали оксид иттрия наименее размываем. Единственным известным и превосходящим по стойкости оксид иттрия в контакте с жидкой сталью является оксид скандия, но он чрезвычайно дорог.
Термоэлектрические материалы
Важным соединением иттрия является его теллурид. Имея малую плотность, высокую температуру плавления и прочность, теллурид иттрия имеет одну из самых больших термо-э.д.с среди всех теллуридов, а именно 921 мкВ/К (у теллурида висмута например 280 мкВ/К) и представляет интерес для производства термоэлектрогенераторов с повышенным КПД.
Сверхпроводники
Один из компонентов иттрий-медь-бариевой керамики с общей формулой YBa2Cu3O7-δ — высокотемпературный сверхпроводник с температурой сверхпроводящего перехода около 90 К.
Бериллид иттрия (равно как и бериллид скандия) является одним из лучших конструкционных материалов аэрокосмической техники и плавясь при температуре около 1920 °C, начинает окисляться на воздухе при 1670 °C (!). Удельная прочность такого материала весьма высока, и при использовании его в качестве матрицы для наполнения нитевидными кристаллами (усами) можно создать материалы, имеющие фантастические прочностные и упругие характеристики.
Сплавы иттрия
Иттрий является металлом, обладающим рядом уникальных свойств, и эти свойства в значительной степени определяют очень широкое применение его в промышленности сегодня и, вероятно, ещё более широкое применение в будущем. Предел прочности на разрыв для нелегированного чистого иттрия около 300 МПа (30 кг/мм²). Очень важным качеством как металлического иттрия, так и ряда его сплавов является то обстоятельство, что будучи активным химически, иттрий при нагревании на воздухе покрывается пленкой оксида и нитрида, предохраняющих его от дальнейшего окисления до 1000 °C. Перспективными областями применения сплавов иттрия являются авиакосмическая промышленность, атомная техника, автомобилестроение. Очень важно то обстоятельство, что иттрий и его некоторые сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием, и их использование позволяет применить их в ядерном газофазном ракетном двигателе.
Легирование
Легирование алюминия иттрием повышает на 7,5 % электропроводность изготовленных из него проводов.
Иттрий имеет высокие предел прочности и температуру плавления, поэтому способен создать значительную конкуренцию титану в любых областях применения последнего (ввиду того, что большинство сплавов иттрия обладает большей прочностью, чем сплавы титана, а кроме того у сплавов иттрия отсутствует «ползучесть» под нагрузкой, которая ограничивает области применения титановых сплавов).
Иттрий вводят в жаростойкие сплавы никеля с хромом (нихромы) с целью повысить температуру эксплуатации нагревательной проволоки или ленты и с целью в 2—3 раза увеличить срок службы нагревательных обмоток (спиралей), что имеет большое экономическое значение (использование вместо иттрия скандия ещё в несколько раз увеличивает срок службы сплавов).
Магнитные материалы
Изучается перспективный магнитный сплав — неодим-иттрий-кобальт.
Покрытия иттрием и его соединениями
Напыление (детонационное и плазменное) иттрия на детали двигателей внутреннего сгорания позволяет увеличить износостойкость деталей в 400—500 [источник не указан 593 дня] раз по сравнению с хромированием.
Люминофоры
Окись и ванадат иттрия, легированные европием, используются в производстве кинескопов цветных телевизоров.
Оксосульфид иттрия, активированный европием, применяется для производства люминофоров в цветном телевидении (красная компонента), а активированный тербием — для черно-белого телевидения.
Иттрий-алюминиевый гранат, легированный трехвалентным церием (ИАГ) с максимумом в области желтого цвета используется в конструкции люминофорных белых светодиодов.
Дуговая сварка
Добавлением иттрия в вольфрам резко снижают работу выхода электрона (у чистого иттрия 3,3 эВ), что используется для производства иттрированных вольфрамовых электродов для аргонодуговой сварки и составляет значительную статью расхода металлического иттрия.
Гексаборид иттрия имеет так же малую работу выхода электронов (2,22 эВ) и применяется для производства катодов мощных электронных пушек (электронно-лучевая сварка и резка в вакууме).
Другие сферы применения
Тетраборид иттрия находит применение в качестве материала для управляющих стержней атомных реакторов (имеет малое газовыделение по гелию и водороду).
Ортотанталат иттрия синтезируется и используется для производства рентгеноконтрастных покрытий.
Синтезированы иттрий-алюминиевые гранаты («сиграны»)(ИАГ), имеющие ценные физико-химические свойства, могут применяться и в ювелирном деле, и уже довольно давно применяемые в качестве технологичных и относительно дешёвых твердотельных лазеров. Важным лазерным материалом является ИСГГ — иттрий-скандий-галлиевый гранат.
Гидрид иттрия-железа применяют как аккумулятор водорода с высокой емкостью и достаточно дешевый.
Иттрий
| Иттрий / Yttrium (Y) | |
|---|---|
| Атомный номер | 39 |
| Внешний вид | серебристый, вязкий, весьма химически активный металл |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) | 88,90585 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 178 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 615,4 (6,38) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d 1 5s 2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 162 пм |
| Радиус иона | (+3e) 89,3 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 1,22 |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 3 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 4,47 г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 0,284 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | (17,2) Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 1795 K |
| Теплота плавления | 11,5 кДж/моль |
| Температура кипения | 3 611 K |
| Теплота испарения | 367 кДж/моль |
| Молярный объём | 19,8 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Период решётки | 3,650 Å |
| Отношение c/a | 1,571 |
| Температура Дебая | n/a K |
Содержание
История
Происхождение названия
Получение
Физические свойства
Иттрий моноизотопный элемент(иттрий-89 100 %).
Химические свойства
Металл неустойчив на воздухе.
Применение
Иттриевая керамика
Керамика для нагревательных элементов
Хромит иттрия —это материал для лучших высокотемпературных нагревателей сопротивления способных эксплуатироватся в окислительной среде(воздух, кислород).
ИК — керамика
«Иттрий-локс» — твердый раствор двуокиси тория в окиси иттрия. Для видимого света этот материал прозрачен, как стекло, но также он очень хорошо пропускает инфракрасное излучение, поэтому его используют для изготовления инфракрасных «окон» специальной аппаратуры и ракет, а также используют в качестве смотровых «глазков» высокотемпературных печей. Плавится «Иттрий-локс» лишь при температуре около 2207°C.
Огнеупорные материалы
Термоэлектрические материалы
Важным соединением иттрия является его теллурид. Имея малую плотность, высокую температуру плавления и прочность, теллурид иттрия имеет одну из самых больших термо-э.д.с среди всех теллуридов, а именно 921 мкВ/К(у теллурида висмута например 280 мкВ/К) и представляет интерес для производства термоэлектрогенераторов с повышенным КПД.
Сверхпроводники
Один из компонентов иттрий бариевой керамики — перспективного высокотемпературного сверхпроводника.
Бериллид иттрия (равно как и бериллид скандия) является одним из лучших конструкционных материалов аэрокосмической техники и плавясь при температуре около 1920°C, начинает окислятся на воздухе при 1670°C (!). Удельная прочность такого материала весьма высока, и при использовании его в качестве матрицы для наполнения нитевидными кристаллами (усами) можно создать материалы, имеющие фантастические прочностные и упругие характеристики.
Сплавы иттрия
Иттрий являтся металлом, обладающим рядом уникальных свойств, и эти свойства в значительной степени определяют очень широкое применение его в промышленности сегодня и, вероятно, ещё более широкое применение в будущем. Предел прочности на разрыв для нелегированного чистого иттрия около 300 Мпа (30 кг/мм). Очень важным качеством как металлического иттрия так и ряда его сплавов является то обстоятельство что будучи активным химически, иттрий при нагревании на воздухе покрывается пленкой оксида и нитрида предохраняющих его от дальнейшего окисления до 1000°C! Перспективными областями применения сплавов иттрия являются авиакосмическая промышленность, атомная техника, автомобилестроение. Очень важно то обстоятельство что иттрий, и его некоторые сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием и их использование позволяет применить их в ядерном газофазном ракетном двигателе.
Легирование
Легирование алюминия иттрием повышает на 7,5 % электропроводность изготовленных из него проводов.
Иттрий имеет высокие предел прочности и температуру плавления, поэтому способен создать значительную конкуренцию титану в любых областях применения последнего (ввиду того, что большинство сплавов иттрия обладает большей прочностью, чем сплавы титана, а кроме того у сплавов иттрия отсутствует «ползучесть» под нагрузкой, которая ограничивает области применения титановых сплавов).
Иттрий вводят в жаростойкие сплавы никеля с хромом(нихромы) с целью повысить температуру эксплуатации нагревательной проволоки или ленты и с целью в 2—3 раза увеличить срок службы нагревательных обмоток(спиралей) что имеет громадное экономическое значение(использование вместо иттрия скандия еще в несколько раз увеличивает срок службы сплавов).
Магнитные материалы
Изучается перспективный магнитный сплав — неодим-иттрий-кобальт.
Покрытия иттрием и его соединениями
Люминофоры
Окись и ванадат иттрия, легированные ионами европия, используются в производстве кинескопов цветных телевизоров.
Оксосульфид иттрия, активированный европием, применяется для производства люминофоров в цветном телевидении (красная компонента), а активированный тербием — для черно-белого телевидения.
Дуговая сварка
Добавлением иттрия в вольфрам резко снижают работу выхода(у чистого иттрия 3,3 эВ), что используется для производства иттрированных вольфрамовых электродов для аргонодуговой сварки и состовляет значительную статью расхода металлического иттрия.
Гексаборид иттрия имеет так же малую работу выхода(2,22 эВ) и применяется для производства катодов мощных электронных пушек(электроно-лучевая сварка и резка в вакууме).
Другие сферы применения
Тетраборид иттрия находит применение в качестве материала для управления атомным реактором(имеет малое газовыделение по гелию и водороду).
Ортотанталат иттрия синтезируется и используется для производства рентгеноконтрастных покрытий.
Синтезированны иттрий-алюминиевые гранаты (« сиграны »)(ИАГ), имеющие ценные физико-химические свойства, могут применяться и в ювелирном деле, и уже довольно давно применяемые в качестве технологичных и относительно дешевых твердотельных лазеров. Важным лазерным материалом является ИСГГ — иттрий-скандий-галлиевый гранат.
Феррит иттрия применяется для производства супер-ЭВМ, и хотя он уступает ферриту скандия в несколько раз, он дешевле.
Гидрид иттрия-железа применяют как аккумулятор водорода с высокой емкостью и достаточно дешевый.
Цены на иттрий
чистотой 99—99,9 составляют в среднем 95—115 долл за 1 кг.
Биологическая роль
Ссылки
az:İttrium bn:ইট্রিয়াম bs:Itrijum ca:Itri co:Ittriu cs:Yttrium da:Yttrium de:Yttrium en:Yttrium eo:Itrio es:Itrio et:Ütrium fi:Yttrium fr:Yttrium gl:Itrio he:איטריום hr:Itrij hu:Ittrium id:Itrium io:Yitrio is:Yttrín it:Ittrio ja:イットリウム jbo:jinmrtitri ko:이트륨 ku:Îtriyûm la:Yttrium lb:Yttrium lt:Itris lv:Itrijs nl:Yttrium nn:Yttrium no:Yttrium oc:Itri pl:Itr pt:Ítrio sh:Itrijum simple:Yttrium sk:Ytrium sl:Itrij sr:Итријум sv:Yttrium th:อิตเทรียม tr:İtriyum ug:ئىتترىي uk:Ітрій uz:Ittriy zh:钇
Иттрий – свойства, особенности и где используется металл
Этот химический элемент не особо разрекламирован. Но по утилитарным свойствам превосходит хром, титан, скандий, другие элитные вещества. Ученые считают иттрий материалом будущего.
Что представляет собой
Иттрий – это химический элемент таблицы Менделеева номер 39.
Как простое вещество – это светло-серый, умеренно блестящий металл, в соединениях – порошок белого цвета.
Представлен двумя кристаллическими модификациями:
По составу это моноизотоп – стабильный нуклид Y89.
Международное обозначение: Y (Yttrium).
Как был открыт
Открытие вещества связано со скандинавскими, немецким и русским учеными:
60-летнюю историю открытия иттрия как элемента увенчала точная формула оксида. Ее вывел русский гений Дмитрий Менделеев.
Исходником вещества стал минерал иттербит. У его наименования тоже интересная история. Первооткрыватель окрестил находку по месту обнаружения – шведской деревушки Иттербю. Однако коллеги-ученые переименовали его в гадолинит, отдав дань уважения Юхану Гадолину.
Гадолинит
Как элемент представлен в природе
Крупные месторождения вещества исчисляются поштучно:
«Кладезь» вещества – тихоокеанские глубины. А именно сегмент, принадлежащий Японии.
Тонна земной коры содержит 26 граммов иттрия, литр морской воды – 0,0003 мг.
В месторождениях соседствует с лантаноидами. Образует собственные минералы, практическое значение имеют гадолинит и ксенотим.
Технология получения
Для практических целей востребовано чистое вещество и соединения.
Металлическую форму получают из обезвоженных галогенидов элемента. Восстановителями выступают кальций либо литий. Полуфабрикат освобождают от примесей.
Соединения иттрия – продукт экстрагирования смесей с «редкими землями». Второй способ получения – ионный обмен.
Физико-химические характеристики
Химически металл – аналог лантана.
На воздухе неустойчив:
Кубик металлического иттрия ребром в 1 см весит 4,5 грамма.
« Равнодушен » к расплавам урана и плутония.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | И́ттрий / Yttrium (Y), 39 |
| Атомная масса (молярная масса) | 88,90585(2) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d1 5s2 |
| Радиус атома | 178 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 162 пм |
| Радиус иона | (+3e) 89,3 пм |
| Электроотрицательность | 1,22 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 3 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 615,4 (6,38) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 4,47 г/см³ |
| Температура плавления | 1795 K |
| Температура кипения | 3 611 K |
| Уд. теплота плавления | 11,5 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 367 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 26,52 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 19,8 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=3,647 c=5,731 Å |
| Отношение c/a | 1,571 |
| Температура Дебая | 280 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) (17,2) Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-65-5 |
Иттрий как металл популярен, поскольку легко обрабатывается (ковка, резка, другие механические манипуляции).
Где используется
Свойства металла обусловили его востребованность практическими сферами.
Конкурентные преимущества
Вещество наделено свойствами, выделяющими его среди металлов:
Предел прочности, температура плавления «нерасползаемость» под нагрузкой делает иттрий конкурентом титана.
Применение нашлось чистому металлу, соединениям и сплавам иттрия.
Промышленный комплекс
Главный потребитель иттриевых продуктов.
Самая востребованная – керамика:
Керамика – это диоксид циркония. Его структура под воздействием оксида иттрия становится стабилизированной даже при обычной температуре.
Другие направления использования:
Металлом упрочняют жаростойкие нихромы (никель + хром). В результате нагревательную ленту, проволоку используют при более жестких условиях, служит она вдвое – втрое дольше.
Другие сферы
Пользу металла ощутили сферы, не связанные с промышленностью.
Полученные лабораторно гранаты на основе иттрия и алюминия оценены ювелирами и производителями лазеров.
Изотопом иттрия-90 уничтожают онкологию. Соединение с танталом задействовано при производстве контрастного вещества для рентгенологов.
Перспективы
Металл, его соединения, сплавы изучаются на предмет использования при производстве термических электрогенераторов с КПД под 90% и как материал двигателей ракет, работающих на ядерном топливе.
Стоимость
На рынке представлена продукция в виде слитков и порошка.
Цены зависят от степени обработки и марки (тыс. руб. / кг):
Оксид циркония, стабилизированный иттрием, идет по 2 900 руб. за кг.
Что такое иттрий? Свойства иттрия. Описание иттрия
История иттрия
Иттрий (Yttrium) — это редкоземельный химический элемент, имеющий атомный номер 39, согласно периодической системе элементов. Его принято обозначать символом Y. Свое название он получил по названию деревни Иттербю в Швеции.
Очень необычна история открытия этого элемента. В 1794 году химик из Финляндии Юхан Гадолин, после проведенного эксперимента над породой иттербит, получил из породы оксид иттрия с примесью других элементов. При этом он ошибочно считал, что получил чистый иттрий и назвал полученный элемент экебертом.
Карл Мосандер спустя 50 лет, в 1843 году, обосновал, что полученный Гадолином экеберт является соединением из окислов эрбия, иттрия, тербия. Металлический иттрий, с незначительным содержанием других лантаноидов, был выделен первый раз только в 1828 году, в виде порошка светло-серого цвета.
Удалось это химику из Германии Фридриху Вёлеру. В Российской литературе по химии, датированной первой половиной 19 века, элемент назывался так: основание иттрийской земли, иттрин (Страхов), иттрий (Гесс).
Месторождения иттрия
В земной коре иттрий содержится в размере 0,0028 весовых процентов и находится в числе тридцати самых распространенных элементов. В морской воде его концентрация составляет 0,0003 мг/л. Он входит в состав многих пород и минералов, больше всего содержится иттрия в фергюсоните, гадолините, цирконе, черчите, ксенотиме.
Мировые запасы сырья, из которого может быть получен иттрий, оцениваются в объеме 544,4 тысячи тонн. В год его добывают около 9 тысяч тонн во всем мире. Основным типом его месторождений являются россыпи. Крупнейшие месторождения иттрия расположены в таких странах, как: Китай, США, Австралия, Индия, Россия.
Свойства и цена иттрия
В чистом виде иттрий представляет собой относительно мягкий металл, который хорошо поддается обработке. Он относительно легко растворяется кислотами при комнатной температуре.
При нагревании до 400 °C на поверхности металла образовывается плотный слой окисла черного цвета. Температура плавления иттрия составляет 1530 °C, кипения 3318 °C.
Стоимость одного килограмма иттрия находится в районе 140 долларов. Использование его в промышленности очень обширно и будет расти в ближайшее время. В большинстве сфер потребления ему нет равноценной замены.
Применение иттрия
Металлический иттрий используется как добавка при изготовлении сплавов из черных и цветных металлов, увеличивая их предел прочности, температуру плавления и меняя их магнитные свойства.
Также широко используются соли иттрия и другие его соединения. Крайне устойчив к нагреву в контакте с жидкой сталью и не имеет равноценных аналогов оксид иттрия.
Его используют для изготовления оптических, инфракрасных лазеров большой мощности, компонентов микроволновых радаров, производства иттриевых ферритов для радиоэлектроники.
Радиоактивный изотоп иттрия применяется для лечения раковых заболеваний, как источник бета-излучения. Нанесение соединений иттрия на компоненты двигателей внутреннего сгорания усиливает их износостойкость в 300 раз. Из оксосульфида иттрия производят красную компоненту люминофора для цветных телевизоров и компьютерных мониторов.