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.

Иттрий металл

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:

  • α-Y и β-Y.
  • Их кристаллические решетки разнятся: гексагональная типа магния и кубическая центрированная по всему объему.
  • Строение меняется (одна переходит в другую) при 1482°C.

По составу это моноизотоп – стабильный нуклид Y89.

Международное обозначение: Y (Yttrium).

Как был открыт

Открытие вещества связано со скандинавскими, немецким и русским учеными:

  • В конце 18 века химик Юхан Гадолин исследовал найденный в Швеции – соседке его родной Финляндии – минерал иттербит. Ему удалось получить оксид металла.
  • Через полвека швед Карл Моссандер продемонстрировал, что полученное соединение – конгломерат оксидов трех элементов (иттрия, эрбия, тербия). Из этого «клубка» он извлек иттриевый оксид.
  • Иттрий в металлической форме первым получил немец Фридрих Велер. Это было не чистое вещество, а с примесями лантаноидов.

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
Гадолинит

Как элемент представлен в природе

Крупные месторождения вещества исчисляются поштучно:

  • Австралия.
  • Азия – Индия, Китай, Малайзия, Япония.
  • Америка – Канада, США, Бразилия.

«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.

Иттрий металлический

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:

  • Покрывается пленкой-оксидом в кипятке.
  • Она уплотняется и чернеет при 376°C.
  • С 755°C окисление ускоряется.

Кубик металлического иттрия ребром в 1 см весит 4,5 грамма.

  • Нагреваясь, взаимодействует с азотом, водородом, фосфором, серой, галогенами.
  • Вступает в реакцию с кислотами.

«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.

Иттрий

Конкурентные преимущества

Вещество наделено свойствами, выделяющими его среди металлов:

  • Порог прочности на разрыв сравним со сталью (плотность иттрия вдвое меньше).
  • Плюс образование при нагреве на воздухе поверхностной пленки. Она делает химически активный металл неуязвимым к окислению до 999°C.

Предел прочности, температура плавления «нерасползаемость» под нагрузкой делает иттрий конкурентом титана.

  • По термостойкости его соперник оксид скандия, но он не востребован из-за дороговизны.

Применение нашлось чистому металлу, соединениям и сплавам иттрия.

Промышленный комплекс

Главный потребитель иттриевых продуктов.

Самая востребованная – керамика:

  • Термо. Нагревательные элементы из хромита – лучшие в своем сегменте. Они выдерживают повышенную температуру, агрессивные среды-окислители (воздух, кислород).
  • Инфракрасная. Растворенная окисью металла двуокись тория – материал оконец для спецприборов. Вещество пропускает свет, видимый человеком, и инфракрасное излучение. Деформируется с 2208°C. «Оконцами» из него снабжают оптику специального назначения: печи металлургических заводов, космический сектор. Продукт реализуется под брендом «Иттралокс».
  • Сверхпроводимая. Это компонент иттриево-медно-бариевой керамики, превращающий ее в сверхпроводник при минус 184°С.

Керамика – это диоксид циркония. Его структура под воздействием оксида иттрия становится стабилизированной даже при обычной температуре.

Другие направления использования:

  • Огнеупоры. Нагреваясь, оксид вещества упрочняется. Задействован в выплавке активных металлов (включая иттрий и уран), производстве стаканов для дозированного разлива стали.
  • Сварка. Дуэт «вольфрам + иттрий» – материал электродов для дуговой сварки. Соединение с бором входит в состав катодов пушек для вакуумной резки и электронно-лучевой сварки.
  • Лигатура. Малая доля металла в алюминиевом проводе повышает порог электропроводности почти на 8%
  • Покрытия. Слой иттрия напыляют на компоненты двигателей для уменьшения износа. Это рентабельнее хрома на порядки.
  • Светотехника. Сплав с ванадием плюс микродоза европия – люминофор, компонент, создающий красную гамму в цветных телевизорах.

Востребованы соединения:

  • Бериллид – один из лучших материалов для спутников, ракет, других космических аппаратов.
  • Из тетраборида делают стержни атомных реакторов.

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 иттрия (марка ОСЧ) – 12 – 15.
  • Оксид иттрия (марка 5N) – 5,5 – 7.

Оксид циркония, стабилизированный иттрием, идет по 2 900 руб. за кг.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
478
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: