Itr - Yttrium
Itr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Wymowa |
/ Ɪ t r i ə m / |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wygląd zewnętrzny | srebrzystobiały | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Średnia masa atomowa R STD (Y) | 88,905 84 (1) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Itr w układzie okresowym | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 w 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
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Linie widmowe itru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Inne właściwości | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Naturalne występowanie | pierwotny | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Struktura krystaliczna | sześciokątne ciasno upakowane (hcp) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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
2O
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
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
2O
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 siarczan są rozpuszczalne 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
2O
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
3jako materiał wyjściowy, otrzymany z Y
2O
3oraz 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
2O
3prowadzi 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 .
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.
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
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 .
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
Czerwony składnik kineskopów telewizji kolorowej jest zwykle emitowany z itru ( Y
2O
3) lub siarczek tlenku itru ( Y
2O
2S ) 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
Itr jest używany do produkcji szerokiej gamy granatów syntetycznych , a itr jest używany do produkcji granatów itrowo-żelaznych ( Y
3Fe
5O
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
3Glin
5O
12lub 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
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
- Daane, AH (1968). "Itru" . W Hampel, Clifford A. (red.). Encyklopedia pierwiastków chemicznych . Nowy Jork: Reinhold Book Corporation. s. 810–821 . LCCN 68029938 . OCLC 449569 .
- Emsley, John (2001). "Itru" . Bloki konstrukcyjne natury: przewodnik od A do Z po żywiołach . Oxford, Anglia, Wielka Brytania: Oxford University Press . s. 495–498 . Numer ISBN 978-0-19-850340-8.
- Gadolin, Johan (1794). „Undersökning af en svart tung Stenart ifrån Ytterby Stenbrott i Roslagen”. Kongl. Vetenskaps Academiens Nya Handlingar . 15 : 137–155.
- Greenwood, NN; Earnshaw, A. (1997). Chemia pierwiastków (wyd. 2). Oksford: Butterworth-Heinemann. Numer ISBN 978-0-7506-3365-9.
- Gupta, CK; Krishnamurthy, N. (2005). „Rozdz. 1.7.10 Fosfory” (PDF) . Hutnictwo wydobywcze metali ziem rzadkich . CRC Prasa. Numer ISBN 978-0-415-33340-5. Zarchiwizowane (PDF) od oryginału z dnia 23.06.2012.
- Stwertka, Albert (1998). "Itru" . Przewodnik po elementach (wyd. poprawione). Oxford University Press. s. 115–116 . Numer ISBN 978-0-19-508083-4.
- van der Krogt, Peter (2005-05-05). "39 Itr" . Elementymologia i Elementy Multidict . Źródło 2008-08-06 .
Dalsza lektura
Zasoby biblioteczne dotyczące itru |
- 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
- Itru autorstwa Paula CW Chu na stronie acs.org
- Itr w układzie okresowym wideo (University of Nottingham)
- Encyclopaedia Britannica (wyd. 11). 1911. .
- Encyklopedia Geochemii - Itru