Иттрий — что это за химический элемент, его описание и характеристики

Природный материал под названием иттрий (Yttrium) входит в группу редкоземельных элементов. В простом виде он представляет собой металл, отличающийся светло-серым оттенком. Иттрий в таблице Менделеева входит в третью группу, и имеет 39 атомный номер.

Иттрий — химический элемент, относящийся к группе переходных металлов.

История открытия

Элемент Y имеет интересную историю открытия. В 1787 году в одном из заброшенных карьеров на островке Руслаген любителем минералогии Карлом Аррениусом был обнаружен неизвестный науке блестящий минерал черного цвета. Его назвали иттербитом, и позднее нашли в его составе семь неизвестных элементов.

как выглядит иттрий

Исследования в этом направлении продолжались более ста лет. Финский ученый Юхан Гадолин уделил им немало времени, став первооткрывателем окиси иттрия. Итоги его работы чуть позже подтвердил ученый из Швеции Экеберг, давший науке понятие «иттриевой земли». Сложности с изучением свойств этого металла объясняются тем, что его нелегко получить в чистом виде.

Особенности иттрия

Чистый иттрий прекрасно поддается механической обработке, а также без труда растворяется в минеральных кислотах. Если его нагреть, поместив в кипящую воду, то начнется реакция окисления. При температуре от 370 до 400 градусов по шкале Цельсия металл покроется черным окислом. Плавление начнется при достижении отметки в 1530 градусов, а кипение при 3318 градусах. Защитные свойства поверхностной пленки пропадают при 760 градусах, в результате металл преобразуется в черную (при наличии примесей) или бесцветную окись.

В категорию редкоземельных этот элемент отнесен не случайно. Химические свойства иттрия весьма схожи с показателями лантана и лантаноидов. Его относят к перспективным, но мало используемым металлам по причине его «рассеянности». Иттрий обнаружен в различных минералах, всего их насчитывают около сотни. В этот список входит слюда, полевой шпат, минералы марганца, кальция, железа, ториевые, урановые, цериевые руды. Извлечь его в чистом виде крайне сложно, даже если примесь составляет от 1 до 5%. Причиной этому является сходство металла с другими редкоземельными, а также некоторыми «крупно-атомными» элементами.

Иттрий прочно скрыт внутри кристаллической решетки минерала, высвободить его сложно.

Характеристика иттрия

Элемент имеет одноатомную молекулу. Строение атома иттрия заключается в одном ядре с положительным зарядом, вокруг которого вращаются 39 электронов по 5 оболочкам. Ядро атома включает в свой состав 39 протонов и 50 нейронов.

Особенности устройства электронной оболочки атома объясняют постоянную валентность III, которую иттрий в возбужденном состоянии не меняет. Валентность иттрия отличает его от большей части химических элементов с переменной валентностью. Оксид иттрия имеет вид белого порошка, его формула Y2O3 (высший оксид).

Минимальная степень окисления иттрия составляет 0, а максимальная +3.

Электронная конфигурация атома данного элемента точно отражает его принадлежность к группе металлов: 1s 22s 22p 63s 23p63d104s 24p64d15s2. При более детальном изучении электронная формула иттрия выглядит не так однозначно. Двойственная природа химической структуры данного металла позволяет ему находиться в разных кристаллических вариациях:

  • первая полностью аналогична структуре щелочноземельного магния (α-Y с гексагональной решеткой);
  • другая больше напоминает обычное железо (β-Y с объемно-центрированной кубической решеткой).

Изменение этих вариаций возможно при термическом воздействии (1482 градуса).

Практическое использование физических свойств иттрия

Помимо особенностей электронного строения с практической точки зрения иттрий интересен металлургам из-за очень высоких показателей плавления и кипения. Эти свойства металл демонстрирует в различных сплавах. Отменными огнеупорными характеристиками обладает оксид этого металла, при повышении температуры рабочей среды эти параметры усиливаются. Это позволяет применять элемент при плавке различных металлов, а также создании плавильного оборудования.

Особой удельной прочностью и устойчивостью к термообработке славится сплав иттрия с теллуром. В промышленном производстве это свойство нашло применение при производстве теплоэлектрогенераторов с максимальным показателем КПД.

Еще одной практической особенностью элемента, с которой не связана его электронная схема, признана невозможность реакции с U-92 и/или Pu-94 при повышении температуры рабочей среды. Это свойство в полной мере распространяется на элемент в чистом виде и любые его сплавы. В этом плане иттрий имеет потенциал для использования в атомном газофазном двигателе для ракет.

Нельзя обделить вниманием показатель иттрия в плане предела прочности различных соединений с включением данного элемента на разрыв. Граница в 300 Мпа открывает большие возможности для их использования.

Склонность металла к формированию защитной пленки в процессе повышения температуры рабочей среды активно применяют в атомной и ракетной промышленности.

Сферы применения иттрия

Металл востребован в стекольной и керамической промышленности, а также при выпуске электроники. Чаще всего используют:

  • ацетат Y(O2C2H3)3х4H2O;
  • гидроксид иттрия Y(OH)3xH2O;
  • карбонат Y2(CO3)3xH2O.

Идентификацию оксида натрия в самых разных вариантах соединений упрощает возможность получения Романовского спектра. Именно таким методом удается оценить его пропорцию и роль в разнообразных покрытиях, пленках, распыляемых составах. Его применяют в мощных оптических и инфракрасных лазерах, а также в качестве компонента в микроволновых радарах.

Иттрий-алюминиевый гранат
Иттрий-алюминиевый гранат

Практическое применение нашли и другие соединения данного элемента. Например, Октоат востребован в автомобильном производстве для формирования защитного покрытия в двигателях внутреннего сгорания. По эксплуатационным показателям такое покрытие значительно превосходит хромирование, но для более активного внедрения технологии необходимы дополнительные исследования.

Сульфат, нитрат иттрия и иные возможные соединения выглядят как порошок белого цвета. Для их изготовления применяют чистое вещество (не менее 99%).

Отдельно необходимо упомянуть иттрий-алюминиевый гранат, который используют для телевидения и компьютеров в роли люминофора. Технология предполагает активацию оксосульфида иттрия европием, что дает красный спектр свечения.

Металлический иттрий выполняет роль легирующей добавки в различных сплавах как с черными, так и с цветными металлами. Данный компонент меняет магнитные показатели материала, повышает предел прочности и минимальную температуру плавления. Продукция востребована при производстве труб для перемещения раскаленного плутония и урана, поскольку не реагирует на эти материалы.

Металл используют в качестве стабилизатора, катализатора и даже электролита. Иттрий необходим при изготовлении термостойких сверхпроводников, искусственных камней, керамических изделий.

Цена иттрия практически не зависит от марки. Она колеблется в пределах от 7 до 9 тысяч рублей за 1 кг. Помимо чистого металла практикуется реализация оксида иттрия, который представлен в двух марках:

  • ОСЧ (12-15 тысяч руб/кг);
  • 5N (5,5-7 тысяч руб/кг).

Добавить комментарий
Adblock
detector