Иттрий

Иттрий
Атомный номер	39
Внешний вид простого вещества
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] 4d1 5s2
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 простого вещества
Плотность	4,47 г/см³
Молярная теплоёмкость	26,52 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 простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,647 c=5,731 Å
Отношение c/a	1,571
Температура Дебая	[2] 280 K

Иттрий — элемент побочной подгруппы третьей группы пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер 39. Обозначается символом Y (Yttrium). Простое вещество иттрий (CAS-номер: 7440-65-5) — металл светло-серого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния, β-Y с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 1482 °C.

История

Происхождение названия

Минерал иттербит, который дал имя иттрию, назван в честь деревни Иттербю (Ytterby) расположенной на острове Руслаген в Швеции. В дальнейшем, минерал иттербит изменил свое название на гадолинит в честь своего первого исследователя (и первооткрывателя иттрия) Юхана Гадолина, финского ученого.

Получение

Физические свойства

Иттрий — металл светло-серого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Y с гексагональной решёткой типа магния (a=3,6474 Å; с=5,7306 Å; z=2; пространственная группа P6₃/mmc), β-Y с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a=4,08 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 1482 °C, ΔH перехода 4,98 кДж/моль. Температура плавления 1528 °C, температура кипения около 3320 °C. Иттрий легко поддается механической обработке.

Изотопы

Иттрий моноизотопный элемент, в природе представлен одним стабильным нуклидом ⁸⁹Y.

Химические свойства

Металл неустойчив на воздухе.

Применение

Иттриевая керамика

Керамика для нагревательных элементов

Хромит иттрия —это 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 YBa₂Cu₃O_7-δ — перспективного высокотемпературного сверхпроводника 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/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 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 раз по сравнению с хромированием.

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 составляет значительную статью расхода металлического иттрия.

Гексаборид иттрия имеет так же малую работу выхода (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 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 дешёвых 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.^{[источник не указан 224 дня]}

Биологическая роль