Этот химический элемент не особо разрекламирован. Но по утилитарным свойствам превосходит хром, титан, скандий, другие элитные вещества. Ученые считают иттрий материалом будущего.
Содержание
- Что представляет собой
- Как был открыт
- Как элемент представлен в природе
- Технология получения
- Физико-химические характеристики
- Где используется
- Конкурентные преимущества
- Промышленный комплекс
- Другие сферы
- Перспективы
- Стоимость
- 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.
- 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.
- Австралия.
- Азия – Индия, Китай, Малайзия, Япония.
- Америка – Канада, США, Бразилия.
- Покрывается пленкой-оксидом в кипятке.
- Она уплотняется и чернеет при 376°C.
- С 755°C окисление ускоряется.
- Нагреваясь, взаимодействует с азотом, водородом, фосфором, серой, галогенами.
- Вступает в реакцию с кислотами.
- 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.
- По термостойкости его соперник оксид скандия, но он не востребован из-за дороговизны.
- 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.
- 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.
- Бериллид – один из лучших материалов для спутников, ракет, других космических аппаратов.
- Из тетраборида делают стержни атомных реакторов.
- Оксид иттрия (марка ОСЧ) – 12 – 15.
- Оксид иттрия (марка 5N) – 5,5 – 7.
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 «». 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.
| И́ттрий / Yttrium (Y), 39 |
| 88,90585(2) а. е. м. (г/моль) |
| [Kr] 4d1 5s2 |
| 178 пм |
| 162 пм |
| (+3e) 89,3 пм |
| 1,22 (шкала Полинга) |
| 0 |
| 3 |
| 615,4 (6,38) кДж/моль (эВ) |
| 4,47 г/см³ |
| 1795 K |
| 3 611 K |
| 11,5 кДж/моль |
| 367 кДж/моль |
| 26,52 Дж/(K·моль) |
| 19,8 см³/моль |
| гексагональная |
| a=3,647 c=5,731 Å |
| 1,571 |
| 280 K |
| (300 K) (17,2) Вт/(м·К) |
| 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:
Востребованы соединения:
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.
Источник: