Итрий

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 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

Шаблон:Раздел-мъниче 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 – MШаблон:ИндексиMШаблон:ИндексиSi₂O₁₀ (M^II = Fe, Be и M^III предимно по-тежките лантаноиди). Съдържанието му е разпръснато, главно като примес в минерали на много други елементи.

История

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.

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

$\mathrm{Y}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{K}⟶3\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{Y}$.

Физични свойства

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

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

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

Шаблон:Раздел-мъниче 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

Оксид и хидроксид

Y₂O₃ е бяло, твърдо вещество, един от най-стабилните оксиди (Δ_fH⁰ = -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. 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

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

Соли

Водните разтвори на итриевите соли са с неутрален характер. Карбонатът, оксалатът, фосфатът и флуоросиликатът са малко разтворими. Известни са двойни соли от рода на стипците при сулфатите – MШаблон:ИндексиY₂(SO₄)₃•24H₂, и нитратите – 2NH₄NO₃•Y(NO₃)₃•4H₂O.

Други съединнения

Итриевият сулфид е малко разтворим. 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

Шаблон:Раздел-мъниче 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. След това чист метал се получава от стопилка на YCl₃ чрез редукция с Ca.

Приложение

Шаблон:Раздел-мъниче 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.
• 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.

Биологични ефекти

Шаблон:Раздел-мъниче Итриевите съединения са отровни, особено във вид на прах или разтворени във вода. Те най-често увреждат белите дробове.

Бележки

Цитирани източници

Външни препратки

• Итрий в WebElements.com
• Информация за Итрий Шаблон:Webarchive