Опубликовано Оставить комментарий

Иттрий как химический элемент таблицы Менделеева

Иттрий является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 39 и условным обозначением Y. Иттрий представляет собой серебристо-металлический переходной металл.

Как был открыт Иттрий

Йохан Гадолин
Йохан Гадолин

История открытия Иттрия начинается в 1787 году. Шведский офицер и по совместительству химик Карл Аксель Аррениус нашел тяжелую черную породу в старом карьере недалеко от шведской деревни Иттерби, которая сейчас является частью Стокгольмского архипелага. Он предположил, что этот минерал содержит недавно открытый вольфрам и назвал его иттербитом. Образцы минерала Аррениус отправил нескольким химикам для анализа.

В 1789 году финский химик и минеролог Йохан Гадолин индефицировал новый оксид в образце Аррениуса. Свой доклад, он опубликовал только 1794 году. Андерс Густав Экеберг спустя три года подтвердил индефикацию нового химического элемента в соединении и назвал его оксидом Иттрия. Спустя десятилетие Антуаном Лавуазье был открыт факт возможности выделения элементарных химических элементов. Именно поэтому открытие этого химического элемента можно приписать Карлу Аррениусу.

Первое в истории выделение Иттрия приписывается немецкому химику Фридриху Вёлеру в 1828 году. Выделение этого химического элемента было осуществлено путем реакции летучего хлорида. В 1843 году шведский химик Карл Густав Мосандер выявил, что образцы иттрия содержали три оксида: белый оксид иттрия, желтый оксид тербия (в то время его называли «эрбия», что сбивает с толку) и оксид эрбия розового цвета. В последующие годы из минерала шведского офицера было выделено еще 7 новых химических элементов.

Где и как добывают Иттрий

Минералы содержащие иттрий

Добыча такого химического элемента как Иттрий является достаточно сложным и трудоемким процессом. Так как этот химический элемент по своему составу подобен лантаноидам, он встречается в тех же рудах редкоземельных минералов. Существует небольшое различие между легкими (LREE) и тяжелыми (HREE) редкоземельными соединениями. Иттрий сконцентрирован в группе HREE из-за его размеров иона, хотя атомная масса его меньше.

Все редкоземельные элементы поступают в большей своей части из 4 источников:

  • Карбонатные и фторидосодержащие руды, такие как бастнезит содержат в среднем около 0.1% иттрия;
  • Монацит, который является фосфатом и представляет собой россыпь песка. Он образовывается в результате транспортировки и гравитационного разделения эродированного гранита. Содержание иттрия в нем оценивается от 2% до 3%;
  • Ксенотим, который является фосфатом редкоземельных элементов. Этот минерал является основной рудой с тяжелыми РЗЭ, которая содержит в своем составе до 60% фосфата иттрия(YPO4);
  • Ионно-абсорбционные глины или глины Логнана являются продуктами выветривания гранита и содержат только 1% тяжелых редкоземельных элементов.

Способов получения Иттрия достаточно много. Одним из них являетя растворение оксида иттрия в серной кислоте и его фракционирование с помощью хронообменной хроматографии. При добавлении щавелевой кислоты оксалат иттрия выпадает в осадок. Оксалат превращается в оксид при нагревании в кислороде. При взаимодействии полученного оксида иттрия с фтористым водородом получается фторид иттрия. Когда соли четвертичного аммония используются в качестве экстрагентов, большая часть иттрия остается в водной фазе.

Когда противоион представляет собой нитрат легкие лантаноиды удаляются, а когда противоионом является тиоцианат, удаляются тяжелые лантаноиды. Таким образом получают соли иттрия чистотой 99,999%. В обычной ситуации, когда иттрий находится в смеси, которая на две трети состоит из тяжелого лантаноида, иттрий следует удалить как можно скорее, чтобы облегчить разделение оставшихся элементов.

Годовое производство иттрия в 2001 году составило порядка 600 тонн, а в 2014 году достигло 6500 тонн. Мировые запасы оксида иттрия оцениваются в 450 000 тонн. Ведущими странами по запасам этого химического элемнта являются Австралия, Бразилия, Китай, Индия и США.

 Распространенность Иттрия

Иттрий в чистом виде
Иттрий в чистом виде

Распространенность иттрия является не особо широкой. Этот элемент встречается в большинстве редкоземельных минералов, в некоторых видах урановых руд, но в чистом виде еще не был обнаружен. Содержание иттрия в земной коре оценивается как 31 миллионная доля. Это делает иттрий 28 элементом по содержанию в земной коре. В почве его содержание оценивается от 10 до 150 частей на миллион, а в морской воде содержание иттрия приближается к 9 частям на миллион.

Иттрий не имеет известной биологической роли, хотя он обнаружен в большинстве, если не во всех, организмах и имеет тенденцию концентрироваться в печени, почках, селезенке, легких и других человеческих органах. Обычно во всем теле человека содержится всего 0,5 миллиграмма (0,0077 г) этого элемента, а содержание в грудном молоке около 4 промилле. Иттрий содержится в съедобных растениях в концентрациях от 20 до 100 частей на миллион (в сыром виде), причем больше всего в капусте. Семена древесных растений, содержащие до 700 частей на миллион, имеют самые высокие из известных концентраций.

По состоянию на апрель 2018 г.есть сообщения об обнаружении очень больших запасов редкоземельных элементов на крошечном японском острове. Согласно исследованию, опубликованному в Scientific Reports, остров Минами-Торишима, также известный как остров Маркуса, обладает «огромным потенциалом» для редкоземельных элементов и иттрия (REY). Исследование показывает, что более 16 миллионов коротких тонн(15 миллиардов килограммов) редкоземельных элементов могут быть «освоены в ближайшем будущем». Включая иттрий (Y), который используется в таких продуктах, как линзы для фотоаппаратов и экраны мобильных телефонов, найденные редкоземельные элементы — это европий (Eu), тербий (Tb) и диспрозий (Dy).

Применение Иттрия

Иттриевые сверхпроводники

Красный компонент электронно-лучевых трубок для цветного телевидения обычно излучается оксидом иттрия (Y
2О3) или сульфид оксида иттрия (Y2О2S). Кристаллическая решетка, легированного с европия (III) катиона (Eu 3+ ) люминофоров. Сам красный цвет излучается европием, в то время как иттрий собирает энергию от электронной пушки и передает ее люминофору. Соединения иттрия могут служить решетками-хозяевами для легирования различными катионами лантаноидов. Tb3+ можно использовать в качестве легирующего агента для получения зеленой люминесценции . Как таковые соединения иттрия, такие как иттрий-алюминиевый гранат (YAG), полезны для люминофоров и являются важным компонентом белых светодиодов.

Иттрий так же используется в качестве спекающей добавки при производстве пористого нитрида кремния. Иттриевые соединения используются для полимеризации этилена. Кроме этого этот химический элемент используется в некоторых электродах высокопроизводительных свечей зажигания.

Небольшие количества иттрия (от 0,1% до 0,2%) использовались для уменьшения размера зерен хрома, молибдена, титана и циркония. Иттрий используется для повышения прочности алюминиевых и магниевых сплавов. Добавление иттрия в сплавы обычно улучшает обрабатываемость, добавляет сопротивление высокотемпературной рекристаллизации и значительно повышает устойчивость к высокотемпературному окислению.

Иттрий можно использовать для раскисления ванадия и других цветных металлов. Иттрий стабилизирует кубическую форму диоксида циркония в ювелирных изделиях.

Иттрий был изучен как узелковый агент в высокопрочном чугуне, который превращает графит в компактные конкреции вместо хлопьев для повышения пластичности и сопротивления усталости. Имея высокую температуру плавления, оксид иттрия используется в некоторых керамических и стеклянных изделиях для придания ударопрочности и свойств низкого теплового расширения. Те же свойства делают такое стекло полезным в объективах фотоаппаратов.

Интересные факты

Иттрий

Интересных фактов связанных с иттрием достаточно много. Стоит начать с того, что содержание иттрия в земной коре в 200 раз больше, чем серебра. Радиоактивный изотоп иттрия-90 использовался в медицинских целях для лечения разных видов рака, включая лимфому, лейкоз, рак печени, толстой кишки, яичников и многих других.

В настоящее время биологическая роль иттрия в организме человека неизвестна, но он может быть очень токсичным для людей, животных и растений. В экспериментах на животных иттрий и его соединения вызывали повреждение легких и печени, хотя токсичность варьируется в зависимости от различных соединений иттрия. У крыс вдыхание цитрата иттрия вызывало отек легких и одышку , а вдыхание хлорида иттрия вызывало отек печени, плевральный выпот и гиперемию легких.

Воздействие соединений иттрия на человека может вызвать заболевание легких. Рабочие, подвергавшиеся воздействию переносимой по воздуху пыли ванадата иттрия европия, испытывали легкое раздражение глаз, кожи и верхних дыхательных путей, хотя это могло быть вызвано содержанием ванадия, а не иттрия. Резкое воздействие соединений иттрия может вызвать одышку, кашель, боль в груди и цианоз. Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) ограничивает воздействие иттрия на рабочем месте до 1 мг / м3 в течение 8-часового рабочего дня.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *