Itr - Yttrium

Itru,  39 Y
Yttrium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Itr
Wymowa / t r i ə m / ( IT -ree-əm )
Wygląd zewnętrzny srebrzystobiały
Średnia masa atomowa R STD (Y) 88,905 84 (1)
Itr w układzie okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon Niob Molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon
Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson
Sc

Y

Lu
strontitrcyrkon
Liczba atomowa ( Z ) 39
Grupa grupa 3
Okres okres 5
Blok   d-blok
Konfiguracja elektronów [ Kr ] 4d 1 5s 2
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 9, 2
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 1799  K ​(1526 °C, ​2779 °F)
Temperatura wrzenia 3203 K (2930 ° C, 5306 ° F)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 4,472 g / cm 3
w stanie ciekłym (przy  mp ) 4,24 g / cm 3
Ciepło stapiania 11,42  kJ/mol
Ciepło parowania 363 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 26,53 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1883 2075 (2320) (2627) (3036) (3607)
Właściwości atomowe
Stany utleniania 0, +1, +2, +3 (słabo zasadowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,22
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 180  pm
Promień kowalencyjny 190 ± 19:00
Color lines in a spectral range
Linie widmowe itru
Inne właściwości
Naturalne występowanie pierwotny
Struktura krystaliczna sześciokątne ciasno upakowane (hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for yttrium
Prędkość dźwięku cienki pręt 3300 m/s (przy 20 °C)
Rozszerzalność termiczna α, poli: 10,6 µm/(m⋅K) (w temperaturze pokojowej )
Przewodność cieplna 17,2 W/(m⋅K)
Rezystancja α, poli: 596 nΩ⋅m (w temperaturze pokojowej )
Zamawianie magnetyczne paramagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna +2,15 × 10 -6  cm 3 /mol (2928 K)
Moduł Younga 63,5 GPa
Moduł ścinania 25,6 GPa
Moduł objętościowy 41,2 GPa
Współczynnik Poissona 0,243
Twardość Brinella 200–589 MPa
Numer CAS 7440-65-5
Historia
Nazewnictwo po Ytterby (Szwecja) i jego mineralnym iterbicie  (gadolinit)
Odkrycie Johan Gadolin (1794)
Pierwsza izolacja Friedrich Wöhler (1838)
Główne izotopy itru
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
87 Y syn 3,4 dnia ε 87 Sr
γ
88 Y syn 106,6 d ε 88 Sr
γ
89 Y 100% stabilny
90 Y syn 2,7 dnia β 90 Zr
γ
91 Y syn 58,5 dnia β 91 Zr
γ
Category Kategoria: Itr
| Bibliografia

Itr to pierwiastek chemiczny o symbolu Y i liczbie atomowej 39. Jest to srebrzysto-metaliczny metal przejściowy chemicznie podobny do lantanowców i często klasyfikowany jako „ pierwiastek ziem rzadkich ”. Itr prawie zawsze występuje w połączeniu z pierwiastkami lantanowców w minerałach ziem rzadkich i nigdy nie występuje w naturze jako wolny pierwiastek. 89 Y jest jedynym stabilnym izotopem i jedynym izotopem znalezionym w skorupie ziemskiej .

Najważniejszymi zastosowaniami itru są diody LED i luminofory , w szczególności czerwone luminofory w telewizorach z kineskopami . Itr jest również używany do produkcji elektrod , elektrolitów , filtrów elektronicznych , laserów , nadprzewodników , różnych zastosowań medycznych oraz śledzenia różnych materiałów w celu poprawy ich właściwości.

Itru nie odgrywa żadnej znanej roli biologicznej . Narażenie na związki itru może powodować choroby płuc u ludzi.

Nazwa pierwiastka pochodzi od iterbitu , minerału zidentyfikowanego po raz pierwszy w 1787 roku przez chemika Arrheniusa . Nazwał minerał po wsi Ytterby w Szwecji , gdzie został odkryty. Kiedy później odkryto, że jedną z substancji chemicznych w iterbicie był wcześniej niezidentyfikowany pierwiastek, itr, pierwiastek ten został nazwany od minerału.

Charakterystyka

Nieruchomości

Itr jest miękkim, srebrno-metalicznym, błyszczącym i wysoce krystalicznym metalem przejściowym z grupy 3 . Zgodnie z przewidywaniami trendów okresowych jest mniej elektroujemny niż jego poprzednik w grupie, skand , i mniej elektroujemny niż następny członek okresu 5 , cyrkon ; dodatkowo jest bardziej elektroujemny niż lantan , ale mniej elektroujemny niż lutet ze względu na skurcz lantanowców . Itr jest pierwszym pierwiastkiem bloku d w piątym okresie.

Czysty pierwiastek jest stosunkowo stabilny w powietrzu w postaci sypkiej, dzięki pasywacji tlenku ochronnego ( Y
2
O
3
) film, który tworzy się na powierzchni. Folia ta może osiągnąć grubość 10  µm po podgrzaniu itru do temperatury 750 ° C w parze wodnej . Jednak po rozdrobnieniu itr jest bardzo niestabilny w powietrzu; wióry lub wióry metalu mogą zapalić się w powietrzu w temperaturze przekraczającej 400 °C. Azotek itru (YN) powstaje, gdy metal jest podgrzewany do 1000°C w azocie .

Podobieństwo do lantanowców

Podobieństwa itru do lantanowców są tak silne, że pierwiastek ten historycznie był grupowany z nimi jako pierwiastek ziem rzadkich i zawsze występuje wraz z nimi w przyrodzie w minerałach ziem rzadkich . Pod względem chemicznym itr jest bardziej podobny do tych pierwiastków niż jego sąsiad w układzie okresowym, skand , i gdyby wykreślić właściwości fizyczne w funkcji liczby atomowej , miałby widoczną liczbę od 64,5 do 67,5, umieszczając go między lantanowcami, gadolinem i erbem .

Często również mieści się w tym samym zakresie dla kolejności reakcji, przypominając terb i dysproz pod względem reaktywności chemicznej. Itr jest tak zbliżony rozmiarem do tak zwanej „grupy itru” ciężkich jonów lantanowców, że w roztworze zachowuje się tak, jakby był jednym z nich. Chociaż lantanowce znajdują się o jeden rząd dalej w układzie okresowym niż itr, podobieństwo promienia atomowego można przypisać skróceniu lantanowców .

Jedną z niewielu znaczących różnic między chemią itru i lantanowców jest to, że itr jest prawie wyłącznie trójwartościowy , podczas gdy około połowa lantanowców może mieć wartościowości inne niż trzy; niemniej jednak tylko dla czterech z piętnastu lantanowców te inne wartościowości są ważne w roztworze wodnym ( Ce IV , Sm II , Eu II i Yb II ).

Związki i reakcje

Po lewej: Rozpuszczalne sole itru reagują z węglanem, tworząc biały osad węglanu itru. Po prawej: Węglan itru jest rozpuszczalny w nadmiarze roztworu węglanu metali alkalicznych

Jako trójwartościowy metal przejściowy, itr tworzy różne związki nieorganiczne , zwykle w stopniu utlenienia +3, poprzez oddanie wszystkich trzech elektronów walencyjnych . Dobrym przykładem jest tlenek itru(III) ( Y
2
O
3
), znany również jako itria, biała bryła o sześciu współrzędnych .

Itr tworzy nierozpuszczalny w wodzie fluorek , wodorotlenek i szczawian , ale jego bromek , chlorek , jodek , azotan i siarczanrozpuszczalne w wodzie. Jon Y 3+ jest bezbarwny w roztworze z powodu braku elektronów w powłokach elektronowych d i f .

Woda łatwo reaguje z itrem i jego związkami, tworząc Y
2
O
3
. Stężone kwasy azotowy i fluorowodorowy nie atakują szybko itru, ale inne silne kwasy tak.

Z halogenami itr tworzy trihalogenki, takie jak fluorek itru(III) ( YF
3
), chlorek itru(III) ( YCl
3
) i bromek itru(III) ( YBr
3
) w temperaturach powyżej około 200 °C. Podobnie węgiel , fosfor , selen , krzem i siarka tworzą w podwyższonej temperaturze związki dwuskładnikowe z itrem.

Chemia organoitru zajmuje się badaniem związków zawierających wiązania węgiel-itr. Wiadomo, że kilka z nich ma itr na stopniu utlenienia 0. (Stan +2 zaobserwowano w stopionych chlorkach, a +1 w skupiskach tlenków w fazie gazowej). Niektóre reakcje trimeryzacji zostały wygenerowane ze związkami organicznymi itru jako katalizatorami. Te syntezy wykorzystują YCl
3
jako materiał wyjściowy, otrzymany z Y
2
O
3
oraz stężony kwas solny i chlorek amonu .

Hapticity to termin opisujący koordynację grupy sąsiadujących atomów liganda związanego z centralnym atomem; jest to oznaczone greckim znakiem eta , η. Itr kompleksy występowały pierwsze przykłady kompleksów gdzie carboranyl ligandy związane reklama 0 -metal środka przez η 7 -hapticity. Waporyzacja interkalacyjnych związków grafitu grafit–Y lub grafit– Y
2
O
3
prowadzi do powstawania endohedral fulerenów , takie jak Y @ C 82 . Badania elektronowego rezonansu spinowego wykazały powstawanie par jonów Y 3+ i (C 82 ) 3− . Te węgliki Y 3 C, Y 2 C i YC 2 można poddać hydrolizie z wytworzeniem węglowodorów .

Izotopy i nukleosynteza

Itr w Układzie Słonecznym powstał w wyniku gwiezdnej nukleosyntezy , głównie w procesie s (≈72%), ale także w procesie r (≈28%). Proces r polega na szybkim wychwytywaniu neutronów przez lżejsze pierwiastki podczas wybuchów supernowych . Proces s to powolne wychwytywanie przez neutrony lżejszych pierwiastków wewnątrz pulsujących czerwonych olbrzymów .

Grainy irregular shaped yellow spot with red rim on a black background
Mira jest przykładem typu czerwonego olbrzyma, w którym powstała większość itru w Układzie Słonecznym

Izotopy itru są jednymi z najczęstszych produktów rozszczepienia jądrowego uranu w wybuchach jądrowych i reaktorach jądrowych. W kontekście gospodarki odpadami promieniotwórczymi najważniejszymi izotopami itru są 91 Y i 90 Y, których okresy połowicznego rozpadu wynoszą odpowiednio 58,51 dni i 64 godziny. Choć 90 Y ma krótki okres półtrwania, istnieje w stanie równowagi wiekowej ze swoim długowieczne macierzystego izotopu strontu-90 ( 90 Sr) z okresem półtrwania wynoszącym 29 lat.

Wszystkie pierwiastki grupy 3 mają nieparzystą liczbę atomową , a zatem niewiele stabilnych izotopów . Skand ma jeden stabilny izotop , a sam itr ma tylko jeden stabilny izotop, 89 Y, który jest również jedynym izotopem występującym naturalnie. Jednak lantanowce ziem rzadkich zawierają pierwiastki o parzystej liczbie atomowej i wiele stabilnych izotopów. Uważa się, że itr-89 występuje w większej ilości niż w innym przypadku, częściowo ze względu na proces s, który zapewnia wystarczająco dużo czasu na rozpad izotopów wytworzonych w innych procesach przez emisję elektronów (neutron → proton). Taki powolny proces ma tendencję do faworyzowania izotopów o masach atomowych (A = protony + neutrony) około 90, 138 i 208, które mają niezwykle stabilne jądra atomowe z odpowiednio 50, 82 i 126 neutronami. Uważa się, że ta stabilność wynika z ich bardzo małego przekroju wychwytywania neutronów . ( Greenwood 1997 , s. 12-13). Emisja elektronów izotopów o tych liczbach masowych jest po prostu mniej rozpowszechniona ze względu na tę stabilność, co powoduje, że mają one większą liczebność. 89 Y ma liczbę masową bliską 90 i ma 50 neutronów w swoim jądrze.

Zaobserwowano co najmniej 32 syntetyczne izotopy itru, których liczba masowa atomowa wynosi od 76 do 108. Najmniej stabilny z nich to 106 Y z okresem półtrwania >150  ns ( 76 Y ma okres półtrwania > 200 ns), a najbardziej stabilny to 88 Y z okresem półtrwania 106,626 dni. Oprócz izotopów 91 Y, 87 Y i 90 Y, z okresami półtrwania odpowiednio 58,51 dnia, 79,8 godzin i 64 godzin, wszystkie inne izotopy mają okres półtrwania krótszy niż jeden dzień, a większość krótszy niż jeden. godzina.

Izotopy itru o liczbie masowej 88 lub poniżej rozpadają się głównie w wyniku emisji pozytonów (proton → neutron), tworząc izotopy strontu ( Z = 38). Izotopy itru o liczbach masowych równych lub powyżej 90 rozpadają się głównie w wyniku emisji elektronów (neutron → proton), tworząc izotopy cyrkonu (Z = 40). Wiadomo również, że izotopy o liczbach masowych równych 97 lub powyżej mają niewielkie ścieżki rozpadu β opóźnionej emisji neutronów .

Itr ma co najmniej 20 metastabilnych („wzbudzanych”) izomerów o liczbie masowej od 78 do 102. Wielokrotne stany wzbudzenia zaobserwowano dla 80 Y i 97 Y. Chociaż oczekuje się, że większość izomerów itru będzie mniej stabilna niż ich stan podstawowy , 78m Y, 84m Y, 85m Y, 96m Y, 98m1 Y, 100m Y i 102m Y mają dłuższe okresy półtrwania niż ich stany podstawowe, ponieważ te izomery rozpadają się raczej przez rozpad beta niż przejście izomeryczne .

Historia

W 1787 r. chemik Carl Axel Arrhenius na pół etatu znalazł ciężką czarną skałę w starym kamieniołomie w pobliżu szwedzkiej wioski Ytterby (obecnie część Archipelagu Sztokholmskiego ). Myśląc, że jest to nieznany minerał zawierający nowo odkryty pierwiastek wolfram , nazwał go iterbitem i wysłał próbki do różnych chemików do analizy.

Black and white bust painting of a young man with neckerchief in a coat. The hair is only faintly painted and looks grey.
Johan Gadolin odkrył tlenek itru

Johan Gadolin z Uniwersytetu Åbo zidentyfikował nowy tlenek (lub „ ziemię ”) w próbce Arrheniusa w 1789 roku i opublikował swoją kompletną analizę w 1794 roku. Anders Gustaf Ekeberg potwierdził identyfikację w 1797 roku i nazwał nowy tlen itru . W dziesięcioleciach po tym, jak Antoine Lavoisier opracował pierwszą nowoczesną definicję pierwiastków chemicznych , wierzono, że ziemie można zredukować do ich pierwiastków, co oznacza, że ​​odkrycie nowej ziemi było równoznaczne z odkryciem pierwiastka w jej wnętrzu, co w tym przypadku zostały itru .

Friedrich Wöhler po raz pierwszy wyizolował metal w 1828 r. w reakcji lotnego chlorku, który, jak sądził, był chlorkiem itru z potasem.

W 1843 r. Carl Gustaf Mosander odkrył, że próbki itru zawierały trzy tlenki: biały tlenek itru (itru), żółty tlenek terbu (w tamtym czasie myląco nazywano go „erbą”) i różowy tlenek erbu (zwany „terbią” w 1843 roku). czas). Czwarty tlenek, tlenek iterbu , został wyizolowany w 1878 przez Jean Charles Galissard de Marignac . Nowe pierwiastki zostały później wyizolowane z każdego z tych tlenków, a każdy pierwiastek został nazwany w pewien sposób po Ytterby, wiosce w pobliżu kamieniołomu, w którym zostały znalezione (patrz iterb , terb i erb ). W następnych dziesięcioleciach w „itru Gadolina” odkryto siedem innych nowych metali. Ponieważ stwierdzono, że itria jest minerałem, a nie tlenkiem, Martin Heinrich Klaproth nazwał go gadolinitem na cześć Gadolina.

Do wczesnych lat 20. XX wieku symbol chemiczny Yt był używany dla pierwiastka, po czym Y weszło do powszechnego użytku.

W 1987 r. odkryto, że tlenek itru i baru miedzi osiąga nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe . Był to tylko drugi znany materiał wykazujący tę właściwość i był to pierwszy znany materiał, który osiągnął nadprzewodnictwo powyżej (ważnej ekonomicznie) temperatury wrzenia azotu.

Występowanie

Three column shaped brown crystals on a white background
Kryształy Xenotime zawierają itr

Obfitość

Itr występuje w większości minerałów ziem rzadkich , w niektórych rudach uranu , ale nigdy nie występuje w skorupie ziemskiej jako wolny pierwiastek. Około 31  ppm skorupy ziemskiej to itr, co czyni go 28. najpowszechniejszym pierwiastkiem, 400 razy częściej niż srebro . Itr występuje w glebie w stężeniu od 10 do 150 ppm (średnia sucha masa 23 ppm) oraz w wodzie morskiej w stężeniu 9  ppt . Próbki skał księżycowych zebrane podczas amerykańskiego projektu Apollo mają stosunkowo wysoką zawartość itru.

Itr nie odgrywa żadnej znanej roli biologicznej, chociaż występuje w większości, jeśli nie we wszystkich organizmach i ma tendencję do koncentracji w wątrobie, nerkach, śledzionie, płucach i kościach ludzi. Zwykle w całym ludzkim ciele znajduje się zaledwie 0,5 miligrama; ludzkiego mleka z piersi zawiera 4 ppm. Itr można znaleźć w roślinach jadalnych w stężeniach od 20 ppm do 100 ppm (masa świeża), przy czym największą ilość ma kapusta . Najwyższe znane stężenia mają nasiona roślin drzewiastych, aż do 700 ppm.

Według stanu na kwiecień 2018 r. pojawiły się doniesienia o odkryciu bardzo dużych rezerw pierwiastków ziem rzadkich na małej japońskiej wyspie. Wyspa Minami-Torishima , znana również jako wyspa Marcus, jest opisywana jako posiadająca „ogromny potencjał” dla pierwiastków ziem rzadkich i itru (REY), zgodnie z badaniem opublikowanym w Scientific Reports. „To bogate w REY błoto ma ogromny potencjał jako zasób metali ziem rzadkich ze względu na ogromną dostępną ilość i korzystne właściwości mineralogiczne” – czytamy w badaniu. Badanie pokazuje, że ponad 16 milionów ton pierwiastków ziem rzadkich można „wykorzystać w najbliższej przyszłości”. W tym itr (Y), który jest używany w produktach takich jak obiektywy aparatów i ekrany telefonów komórkowych, znalezione pierwiastki ziem rzadkich to europ (Eu), terb (Tb) i dysproz (Dy).

Produkcja

Ponieważ itr jest chemicznie podobny do lantanowców, występuje w tych samych rudach ( minerały ziem rzadkich ) i jest wydobywany w tych samych procesach rafinacji. Rozróżnia się niewielkie rozróżnienie między lekkimi (LREE) a ciężkimi pierwiastkami ziem rzadkich (HREE), ale rozróżnienie to nie jest doskonałe. Itr jest skoncentrowany w grupie HREE ze względu na wielkość jonów, chociaż ma niższą masę atomową .

Roughly cube shaped piece of dirty grey metal with an uneven superficial structure.
Kawałek itru. Itr jest trudny do oddzielenia od innych pierwiastków ziem rzadkich.

Pierwiastki ziem rzadkich (REE) pochodzą głównie z czterech źródeł:

  • Rudy zawierające węglany i fluorki, takie jak bastnazyt LREE ([(Ce, La, itp.)(CO 3 )F]) zawierają średnio 0,1% itru w porównaniu do 99,9% w przypadku 16 innych REE. Głównym źródłem bastnazytu od lat 60. do 90. była kopalnia ziem rzadkich w Mountain Pass w Kalifornii, co uczyniło Stany Zjednoczone największym producentem REE w tym okresie. Nazwa „bastnäsite” jest w rzeczywistości nazwą grupy, a sufiks Levinsona jest używany w poprawnych nazwach minerałów, np. bästnasite-(Y) ma Y jako dominujący element.
  • Monazyt ([( Ce , La , etc.) PO 4 ]), który jest głównie fosforanem, jest osadowym złożem piasku powstałym w wyniku transportu i separacji grawitacyjnej zerodowanego granitu. Monacyt jako ruda LREE zawiera 2% (lub 3%) itru. Największe złoża odkryto w Indiach i Brazylii na początku XX wieku, czyniąc te dwa kraje największymi producentami itru w pierwszej połowie tego stulecia. Spośród grupy monazytów, dominujący element Ce, monazyt-(Ce), jest najbardziej powszechny.
  • Xenotime , fosforan REE, jest główną rudą HREE zawierającą aż 60% itru w stosunku do fosforanu itru (YPO 4 ). Dotyczy to ksenotime-(Y). Największą kopalnią jest złoże Bayan Obo w Chinach, co czyni Chiny największym eksporterem HREE od czasu zamknięcia kopalni Mountain Pass w latach 90. XX wieku.
  • Glinki absorpcyjne jonów lub glinki lognan są produktami wietrzenia granitu i zawierają tylko 1% REE. Końcowy koncentrat rudy może zawierać do 8% itru. Glinki absorpcyjne jonowe występują głównie w południowych Chinach. Itr znajduje się również w samarskicie i fergusonicie (które są również nazwami grup).

Jedna z metod uzyskiwania czystego itru z rud mieszanych tlenków jest tlenek rozpuścić w kwasie siarkowym i frakcjonowania go jonowymiennej chromatografii . Po dodaniu kwasu szczawiowego wytrąca się szczawian itru. Szczawian jest przekształcany w tlenek przez ogrzewanie w atmosferze tlenu. Reakcję powstałego tlenku itru z fluorowodoru , itru fluorku związku. Gdy jako ekstrahenty stosuje się czwartorzędowe sole amoniowe, większość itru pozostanie w fazie wodnej. Gdy przeciwjonem jest azotan, lekkie lantanowce są usuwane, a gdy przeciwjonem jest tiocyjanian, ciężkie lantanowce są usuwane. W ten sposób otrzymuje się sole itru o czystości 99,999%. W zwykłej sytuacji, gdy itr jest w mieszaninie zawierającej w dwóch trzecich ciężkie lantanowce, itr należy jak najszybciej usunąć, aby ułatwić oddzielenie pozostałych pierwiastków.

Do 2001 roku roczna światowa produkcja tlenku itru osiągnęła 600  ton ; do 2014 roku wzrosła do 7000 ton. Światowe rezerwy tlenku itru oszacowano w 2014 roku na ponad 500 000 ton. Wiodącymi krajami w zakresie tych rezerw były Australia, Brazylia, Chiny, Indie i Stany Zjednoczone. Tylko kilka ton metalicznego itru jest produkowanych każdego roku przez redukcję fluorku itru do metalowej gąbki ze stopem wapniowo- magnezowym . Temperatura pieca łukowego powyżej 1600 °C wystarcza do stopienia itru.

Aplikacje

Konsument

Forty columns of oval dots, 30 dots high. First red then green then blue. The columns of red starts with only four dots in red from the bottom becoming more with every column to the right
Jednym z pierwiastków, który został użyty do stworzenia czerwonego koloru w telewizorach CRT, jest itr

Czerwony składnik kineskopów telewizji kolorowej jest zwykle emitowany z itru ( Y
2
O
3
)
lub siarczek tlenku itru ( Y
2
O
2
S
) gospodarza kraty domieszkowany z europu (III) i kation (Eu 3+ ) luminoforów . Sam kolor czerwony jest emitowany z europu, podczas gdy itr pobiera energię z działa elektronowego i przekazuje ją do luminoforu. Związki itru mogą służyć jako sieci macierzyste do domieszkowania różnymi kationami lantanowców . Tb 3+ może być stosowany jako środek domieszkujący do wytwarzania zielonej luminescencji . W związku z tym związki itru, takie jak granat itrowo-aluminiowy (YAG), są przydatne w przypadku luminoforów i są ważnym składnikiem białych diod LED .

Itria jest stosowana jako dodatek do spiekania w produkcji porowatego azotku krzemu .

Związki itru są stosowane jako katalizatora dla etylenu polimeryzacji . Jako metal, itr jest używany na elektrodach niektórych świec zapłonowych o wysokiej wydajności . Itr jest używany w osłonach gazowych do lamp propanowych jako zamiennik toru , który jest radioaktywny .

Obecnie opracowywany jest tlenek cyrkonu stabilizowany itrem jako stały elektrolit oraz jako czujnik tlenu w samochodowych układach wydechowych.

Granaty

Pręt laserowy Nd:YAG o średnicy 0,5 cm

Itr jest używany do produkcji szerokiej gamy granatów syntetycznych , a itr jest używany do produkcji granatów itrowo-żelaznych ( Y
3
Fe
5
O
12
, również „YIG”), które są bardzo skutecznymi
filtrami mikrofalowymi, które, jak niedawno wykazano, mają bardziej złożone interakcje magnetyczne o większym zasięgu, niż rozumiano przez poprzednie cztery dekady. Granaty itru, żelaza , aluminium i gadolinu (np. Y 3 (Fe,Al) 5 O 12 i Y 3 (Fe,Ga) 5 O 12 ) mają ważne właściwości magnetyczne . YIG jest również bardzo wydajny jako nadajnik i przetwornik energii akustycznej. Granat itrowo-aluminiowy ( Y
3
Glin
5
O
12
lub YAG) ma twardość 8,5 i jest również stosowany jako kamień jubilerski (symulowany diament ). Ceru -doped granat itrowo-glinowy (YAG: Ce) kryształów stosuje się jako luminoforów dokonania białe diody LED .

YAG , itria, itr i fluorek litu ( LiYF
4
) i ortowanadan itru ( YVO
4
) są stosowane w połączeniu z domieszkami takimi jak neodym , erb , iterb w laserach bliskiej podczerwieni . Lasery YAG mogą pracować z dużą mocą i służą do wiercenia i cięcia metalu. Monokryształy domieszkowanego YAG są zwykle wytwarzane w procesie Czochralskiego .

Wzmacniacz materiału

Niewielkie ilości itru (0,1 do 0,2%) zostały użyte do zmniejszenia wielkości ziaren chromu , molibdenu , tytanu i cyrkonu . Itr służy do zwiększania wytrzymałości stopów aluminium i magnezu . Dodanie itru do stopów ogólnie poprawia urabialność, zwiększa odporność na rekrystalizację w wysokiej temperaturze i znacznie zwiększa odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze (patrz omówienie kulek grafitu poniżej).

Itr może być używany do odtleniania wanadu i innych metali nieżelaznych . Yttria stabilizuje sześcienną formę cyrkonu w biżuterii.

Itr był badany jako środek do tworzenia brodawek w żeliwie sferoidalnym , formując grafit w zwarte bryłki zamiast płatków, aby zwiększyć ciągliwość i odporność na zmęczenie. Mając wysoką temperaturę topnienia , tlenek itru jest stosowany w niektórych materiałach ceramicznych i szklanych w celu nadania odporności na wstrząsy i niskiej rozszerzalności cieplnej . Te same właściwości sprawiają, że takie szkło jest przydatne w obiektywach aparatów .

Medyczny

Radioaktywny izotop itru-90 jest stosowany w lekach, takich jak Y90-DOTA-tyr3-oktreotyd i ibrytumomab tiuksetan itru Y90 w leczeniu różnych nowotworów , w tym chłoniaka , białaczki , raka wątroby, jajnika, jelita grubego, trzustki i kości. Działa poprzez przyleganie do przeciwciał monoklonalnych , które z kolei wiążą się z komórkami nowotworowymi i zabijają je poprzez intensywne promieniowanie β pochodzące z itru-90 (patrz terapia przeciwciałami monoklonalnymi ).

W leczeniu raka wątrobowokomórkowego i przerzutów do wątroby stosuje się technikę zwaną radioembolizacją . Radioembolizacja to ukierunkowana terapia raka wątroby o niskiej toksyczności, która wykorzystuje miliony maleńkich kulek wykonanych ze szkła lub żywicy zawierającej radioaktywny itr-90. Mikrosfery radioaktywne są dostarczane bezpośrednio do naczyń krwionośnych zasilających określone guzy/segmenty lub płaty wątroby. Jest mało inwazyjny, a pacjenci zwykle mogą zostać wypisani do domu po kilku godzinach. Ta procedura może nie wyeliminować wszystkich guzów w całej wątrobie, ale działa na jednym segmencie lub jednym płacie na raz i może wymagać wielu procedur.

Zobacz także radioembolizację w przypadku połączonej marskości wątroby i raka wątrobowokomórkowego.

Igły wykonane z itru-90, które mogą ciąć bardziej precyzyjnie niż skalpele, były używane do przecinania nerwów przenoszących ból w rdzeniu kręgowym , a itr-90 jest również używany do przeprowadzania synowektomii radionuklidowej w leczeniu stanów zapalnych stawów, zwłaszcza kolan. u osób cierpiących na takie schorzenia jak reumatoidalne zapalenie stawów .

Laser itrowo-aluminiowo-granatowy domieszkowany neodymem został wykorzystany w eksperymentalnej, wspomaganej robotem radykalnej prostatektomii u psów, próbując zmniejszyć uszkodzenia nerwów i tkanek obocznych, a lasery domieszkowane erbem zaczynają być stosowane w kosmetycznym resurfacingu skóry.

Nadprzewodniki

Dark grey pills on a watchglass. One cubic piece of the same material on top of the pills.
Nadprzewodnik YBCO

Itr jest kluczowym składnikiem nadprzewodnika itru i baru tlenku miedzi (YBa 2 Cu 3 O 7 , znanego również jako „YBCO” lub „1-2-3”), opracowanego na Uniwersytecie Alabama i Uniwersytecie w Houston w 1987 roku. godne uwagi, ponieważ temperatura robocza nadprzewodnictwa jest wyższa od temperatury wrzenia ciekłego azotu (77,1 K). Ponieważ ciekły azot jest tańszy niż ciekły hel wymagany w przypadku nadprzewodników metalicznych, koszty operacyjne zastosowań byłyby niższe.

Rzeczywisty materiał nadprzewodzący jest często zapisywany jako YBa 2 Cu 3 O 7– d , gdzie d musi być mniejsze niż 0,7 dla nadprzewodnictwa. Przyczyna tego wciąż nie jest jasna, ale wiadomo, że luki występują tylko w określonych miejscach kryształu, w płaszczyznach i łańcuchach tlenku miedzi, powodując specyficzny stan utlenienia atomów miedzi, co w jakiś sposób prowadzi do zachowanie nadprzewodnikowe.

Teoria nadprzewodnictwa niskotemperaturowego została dobrze zrozumiana od czasu teorii BCS z 1957 roku. Opiera się ona na osobliwości oddziaływania dwóch elektronów w sieci krystalicznej. Jednak teoria BCS nie wyjaśnia nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego, a jego dokładny mechanizm wciąż pozostaje tajemnicą. Wiadomo, że skład materiałów z tlenku miedzi musi być dokładnie kontrolowany, aby wystąpiło nadprzewodnictwo.

Ten nadprzewodnik jest czarno-zielonym, wielokrystalicznym, wielofazowym minerałem. Naukowcy badają klasę materiałów znanych jako perowskity, które są alternatywnymi kombinacjami tych pierwiastków, mając nadzieję na opracowanie praktycznego nadprzewodnika wysokotemperaturowego .

Baterie litowe

Itr jest używany w niewielkich ilościach w katodach niektórych baterii litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), a następnie jest powszechnie nazywany chemią LiFeYPO 4 lub LYP . Podobnie jak LFP , akumulatory LYP oferują wysoką gęstość energii , dobre bezpieczeństwo i długą żywotność. Ale LYP oferują wyższą stabilność katody i przedłużają żywotność baterii, chroniąc fizyczną strukturę katody , szczególnie w wyższych temperaturach i wyższym prądzie ładowania / rozładowania. Baterie LYP znajdują zastosowanie w zastosowaniach stacjonarnych ( systemy słoneczne poza siecią ), pojazdach elektrycznych (niektóre samochody), a także w innych zastosowaniach (okręty podwodne, statki), podobnie jak baterie LFP, ale często z poprawionym bezpieczeństwem i żywotnością. Ogniwa LYP mają zasadniczo takie samo napięcie nominalne jak LFP, wynoszące 3,25 V, ale maksymalne napięcie ładowania wynosi 4,0 V i bardzo podobną charakterystykę ładowania i rozładowania. Głównym producentem akumulatorów LFP jest Shenzhen Smart Lion Power Battery Limited, z markami Winston i Thunder Sky.

Inne aplikacje

W 2009 roku, Prof. Mas Subramanian i współpracownicy w Oregon State University odkryli, że itr może być połączona z indu i manganu w celu utworzenia intensywnie niebieski , nietoksyczny, obojętny, odporne na zanik barwnika , YInMn niebieski , pierwszy nowy pigment niebieski odkryta w 200 lat.

Środki ostrożności

Obecnie itr nie odgrywa żadnej znanej roli biologicznej i może być wysoce toksyczny dla ludzi, zwierząt i roślin.

Rozpuszczalne w wodzie związki itru są uważane za umiarkowanie toksyczne, podczas gdy jego nierozpuszczalne związki są nietoksyczne. W doświadczeniach na zwierzętach itr i jego związki powodowały uszkodzenie płuc i wątroby, chociaż toksyczność różni się w zależności od różnych związków itru. U szczurów wdychanie cytrynianu itru powodowało obrzęk płuc i duszność , podczas gdy wdychanie chlorku itru powodowało obrzęk wątroby, wysięk opłucnowy i przekrwienie płuc.

Narażenie na związki itru u ludzi może powodować choroby płuc. Pracownicy narażeni na unoszący się w powietrzu pył ​​itru i wanadanu europu doświadczali łagodnego podrażnienia oczu, skóry i górnych dróg oddechowych — chociaż może to być spowodowane raczej zawartością wanadu niż itru. Ostra ekspozycja na związki itru może powodować duszność, kaszel, ból w klatce piersiowej i sinicę . Podawanie BHP (OSHA) ogranicza ekspozycję na itr w miejscu pracy, 1 mg / m 3 dla 8-godzinnego dnia pracy. Narodowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy (NIOSH) zaleca się ograniczenie ekspozycji (REL) wynosi 1 mg / m 3 w ciągu 8-godzinnego dnia pracy. Przy poziomach 500 mg/m 3 itr jest bezpośrednio niebezpieczny dla życia i zdrowia . Pył itru jest wysoce łatwopalny.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Patent US 5734166 , Czirr John B., „Niskoenergetyczny detektor neutronów oparty na scyntylatorach z boranu lantanowców litu”, wydany 1998-03-31, przypisany do Mission Support Inc. 
  • Współtwórcy EPA (2008-07-31). „Stront: Skutki zdrowotne Strontu-90” . Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska . Pobrano 2008-08-26 .

Zewnętrzne linki

Posłuchaj tego artykułu ( 29 minut )
Spoken Wikipedia icon
Ten plik audio został utworzony na podstawie rewizji tego artykułu z dnia 12 lipca 2011 r. i nie odzwierciedla kolejnych edycji. (2011-07-12)