Иттрий

ИТТРИЙ (от назв. селения Иттербю, Ytterby в Швеции; лат. Yttrium) Y, хим. элемент III гр. периодич. системы; ат. н. 39, ат. м. 88,9059; относится к редкоземельным элементам. Прир. иттрий состоит из одного стабильного изотопа ⁸⁹Y. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 1,5.10^-²⁸м². Конфигурация внеш. электронных оболочек 4d¹5s²; степень окисления +3; энергия ионизации при последоват. переходе от Y⁰ к Y³⁺ соотв. 6,2171, 12,24 и 20,52 эВ; атомный радиус 0,181 нм; ионный радиус (в скобках указаны координац. числа) Y³⁺ 0,104 нм (6), 0,110 нм (7), 0,116 нм (8), 0,122 нм (9). Содержание иттрия в земной коре 2,0.10^-³% по массе, в морской воде - 3.10^-⁴ мг/л. Вместе с др. РЗЭ содержится в минералах ксенотиме, фергюсоните, эвксените, гадолините, браннерите, иттропаризите, иттрофлюорите, талените, иттриалите и др. Осн. пром. типы месторождений иттрия: россыпи, содержащие ксенотим, эвксенит и фергюсонит, гранитные пегматиты с ксенотимом и титано-тантало-ниобатами иттрия, а также гидротермальные месторождения, связанные с субщелочными гранитоидами и содержащие ксенотим и иттропаризит. Кроме того, иттрий может быть получен попутно при переработке нек-рых руд U (золото-браннеритовые конгломераты, урансодержащие фосфориты, каменные и бурые угли), Th (ксенотим-ферриторитовые месторождения), Nb и Та (фергюсонитовые, эвксенитовые, самарскитовые руды). Благодаря большим масштабам переработки апатитового сырья, источниками иттрия можно считать апатиты, несмотря на низкое содержание в них иттрия. Общие запасы Y₂O₃ (без социалистич. стран) составляют 34,6 тыс. т. Главнейшие месторождения иттрия расположены в КНР, СССР, США, Канаде, Австралии, Индии, Малайзии, Бразилии. Иттрий - металл светло-серого цвета; до 1482°С устойчива a-форма: решетка гексагональная типа Mg, a = 0,36474 нм, с = 0,57306 нм, z = 2, пространств. группа P6₃/mmc; рентгеновская плотн. 4,472 г/см³, измеренная - 4,45 г/см³. Выше 1482 °С устойчива р-форма: решетка кубическая типа a-Fe, а = 0,408 нм, z = 2, пространств. группа Im3m; DH⁰ перехода a : b 4,98 кДж/моль. Т. пл. 1528°С, т. кип. ок. 3320 °С; С⁰_p 26,52 Дж/(моль.К); DH⁰_пл 11,32 кДж/моль, DH⁰_возг 423,0 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 44,43 Дж/(моль.К); давление пара 6,15.10^-²Па (1700 К); температурный коэф. линейного расширения 1,08.10^-⁵ К^-¹; r 6,5.10^-⁷ Ом.м; парамагнитен, магн. восприимчивость +2,15.10^-⁶ (292 К), 2,43.10^-⁶ (90 К); твердость по Бринеллю 628 МПа; модуль упругости 66 ГПа; модуль сдвига 264 ГПа; коэф. Пуассона 0,265; коэф. сжимаемости 26,8.10^-⁷ см²/кг. Легко поддается мех. обработке. Иттрий куют и прокатывают до лент толщиной 0,05 мм на холоду с промежут. отжигом в вакууме при 900-1000 °С. На воздухе иттрий покрывается тонкой устойчивой пленкой оксидов, при 370-425 °С образуется черная плотно пристающая оксидная пленка; интенсивное окисление начинается выше 760 °С. Компактный металл медленно окисляется кислородом воздуха в кипящей воде, легко реагирует с минер. к-тами и медленно с уксусной к-той, относительно инертен к фтористоводородной к-те. Иттрий взаимод. с Н₂ при 315-1540°С, образуя гидриды разл. состава. При 760 °С соединяется с N₂, давая нитрид YN, при нагр. реагирует также с галогенами, С, S, Р. Ниже приводятся сведения о наиб. важных соед. иттрия. Оксид (сесквиоксид) Y₂О₃- бесцв. кристаллы; при обычном давлении существует в двух кристаллич. модификациях: с кубич. решеткой типа Тl₂О₃ (а = 1,061 нм, z = 16, пространств. группа Iа3) и с гексагональной (а = 0,381 нм, с = 0,609 нм, z = 1, пространств. группа

); т-ра полиморфного перехода 2277 °С, DH⁰ перехода ок. 54 кДж/моль; при 3,5 МПа и 550 °С образуется моноклинная модификация; т. пл. 2430 °С, т. кип. ок. 4300 °С; измеренная плотн. 4,85 г/см³, рентгеновская - 5,02; С⁰_p 102,5 Дж/(моль.К); DH⁰_обр -1905 кДж/моль, DH⁰_пл 83 кДж/моль; S⁰₂₉₈99,16 Дж/(моль.К); практически не раств. в воде; раств. в минер. к-тах. Получают оксид разложением нитрата, оксалата, карбоната или др. соед. иттрия на воздухе, обычно при 800-1000 °С. Оксид иттрия - компонент спец. стекол для оптич. приборов, жаропрочной и прозрачной керамики, дисперсионно упрочненных жаропрочных сплавов на основе Ni и Zr, стабилизатор ZrO₂. Оксид иттрия, активированный Еu, - красный люминофор для экранов цветного телевидения. Его используют также для получения иттрий-железных и др. иттриевых гранатов (см. Гранаты синтетические), оксисульфида и ортованадата иттрия. Иттрий-бариевая керамика (оксокупрат иттрия, бария состава YBa₂Cu₃O₇__x) - высокотемпературный сверхпроводящий материал с т-рой перехода в сверхпроводящее состояние ~ 90-100 К; при х = 0,31 кристаллизуется в ромбич. сингонии (а = 0,38829 нм, b = 0,38223 нм, с = 1,1690 нм, пространств. группа Рттт); получают спеканием Y₂O₃, BaO и СuО при 950-1100 °С в атмосфере О₂, методами криохим. технологии и др.

Трифторид YF₃- бесцв. кристаллы; существует в двух модификациях: с ромбич. решеткой типа Fe₃C (a = 0,6367 нм, b = 0,6859 нм, с = 0,4394 нм, z = 4, пространств. группа Рпта; рентгеновская плотн. 5,069 г/см³) до 1077°С и гексагональной (а = 0,412 нм, с = 0,423 нм, z = 1, пространств. группа Р3т1) выше 1077 °С; т. пл. 1155°С, т. кип. 2230 °С; С⁰_p94,9 Дж/(моль.К); DH⁰_обр -1718 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 100 Дж/(моль.К); образует кристаллогидраты. Получают гидраты осаждением из р-ров солей иттрия при действии фтористоводородной к-ты, безводную соль обезвоживанием гидратов, взаимод. Y₂O₃ с газообразным HF или F₂, разложением фтораммонийных комплексов при 400-500 °С. Используют при получении иттрия металлотермич. способом; Li[YF₄], легированный Но, - лазерный материал. Трихлорид YCl₃- бесцв. гигроскопичные кристаллы с моноклинной решеткой типа АlСl₃ (а = 0,692 нм, b = 1,192 нм, с = 0,644 нм, b = 111,0°, z = 4, пространств. группа С2/m); т. пл. 721 °С, т. кип. 1482 °С; измеренная плотн. 2,8 г/см³(18 °С), рентгеновская 2,61 г/см³; С⁰_p 92,1 Дж/(моль.К); DH⁰_обр -1000 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 113 Дж/(моль.К); хорошо раств. в воде; образует кристаллогидраты. Получают взаимод. смеси Сl₂ и ССl₄ с Y₂O₃ или Y₂(C₂O₄)₃ выше 200 °С, хлорированием иттрия выше 100 °С и др. М.б. использован для получения чистого иттрия металлотермич. способом. Гидроксид Y(OH)₃- бесцв. творожистый осадок, сильно гидратированный. Образуется при обработке водорастворимых солей иттрия щелочами (начинает осаждаться при рН 6,5-7,0). Подвергается старению; в присут. СО₂ превращ. в гидратированные основные карбонаты иттрия. Водорастворимые соли иттрия - хлорид, нитрат, перхлорат, сульфат, ацетат, формиат и др. при упаривании р-ра выделяются в форме кристаллогидратов, напр.: Y(NO₃)₃.6Н₂О, Y₂(SO₄)₃.8H₂O. В разб. водных р-рах соли иттрия гидролизуются с образованием основных солей. При прокаливании солей кислородсодержащих к-т они переходят в оксид. Важнейшие комплексные соед. иттрия - нитраты, сульфаты, хлориды, фториды, b-дикетонаты и др. Соед. с монодентатными лигандами малоустойчивы и в р-рах обычно полностью диссоциируют. Однако полидентатные лиганды (комплексоны, гидроксикислоты, b-дикетоны и др.) образуют с иттрием комплексные соед. высокой устойчивости. Координац. число иттрия в комплексных соед. с полидентатными лигандами обычно больше шести. В ряду РЗЭ по величине атомного и ионного радиусов иттрий занимает место между Тb и Dy. Однако в зависимости от состава и строения комплексных соед. по величине константы устойчивости комплексов иттрий иногда "перемещается" в сторону легких РЗЭ и может при разделении образовывать общие фракции даже с Sm. "Перемещение" иттрия в ряду РЗЭ с изменением природы лиганда считают перспективным для разработки эффективных методов выделения и очистки иттрия из смесей РЗЭ. Соед. иттрия извлекают из смесей с соед. др. РЗЭ экстракцией и ионным обменoм. Металлич. иттрий получают восстановлением безводных галогенидов иттрия литием или кальцием с послед. отгонкой примесей. Иттрий - легирующая и модифицирующая добавка к чугунам, сталям и сплавам. Его используют при получении высокопрочного чугуна (с шаровидным графитом), нержавеющих и жаростойких хромистых сталей. Иттрий повышает жаростойкость и жаропрочность сплавов на основе Ni, Co, Cr, Nb и др., увеличивает прочность и пластичность тугоплавких металлов и сплавов на основе W, Hf, Zr, Mo, Та, упрочняет титановые, медные и др. сплавы, входит в состав сплавов на основе Mg и Аl, используемых в авиационной технике. В электронике и радиотехнике сплавы иттрия с La, Al, Zr применяют в качестве геттеров. Из тугоплавких и огнеупорных материалов на основе боридов, сульфидов и оксидов иттрия изготовляют катоды для мощных генеpаторов. Ортованадат и оксисульфид иттрия, активированные Еu, - красные люминофоры для цветного телевидения, оксисульфид, активированный Тb, - люминофор для мед. диагностики, алюминат иттрия - лазерный материал. В 1794 Ю. Гадолин выделил из минерала иттербита оксид элемента, к-рый он назвал иттрием. Однако в 1843 К. Мосандер показал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов Y, Еr и Тb, и выделил из этой смеси Y₂O₃. Металлич. (нечистый) иттрий впервые получил Ф. Вёлер в 1828.

см. при ст. Редкоземельные элементы.

Л. И. Мартыненко. С. Д. Моисеев. Ю. М. Киселев.

Ещё по теме

Иттрий — свойства и применение лёгкого металла

Торий — свойства, соединения и применение радиоактивного элемента

Иттрий — характеристики и свойства металла

Иттрия оксид — характеристики и свойства

Торий — свойства, применение и влияние на организм

Натрия иодид — характеристики и применение

Титана (IV) иодид — характеристики и свойства

Тритий — свойства, получение и применение

Иридий — свойства и применение редкого элемента