ИТТРИЙ
(от назв. селения Иттербю, Ytterby в Швеции; лат. Yttrium) Y, хим. элемент III гр. периодич. системы; ат. н. 39, ат. м. 88,9059; относится к редкоземельным элементам. Прир. И. состоит из одного стабильного изотопа 89Y. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 1,5.10-28 м2. Конфигурация внеш. электронных оболочек 4d15s2; степень окисления +3; энергия ионизации при последоват. переходе от Y0 к Y3+ соотв. 6,2171, 12,24 и 20,52 эВ; атомный радиус 0,181 нм; ионный радиус (в скобках указаны координац. числа) Y3+ 0,104 нм (6), 0,110 нм (7), 0,116 нм (8), 0,122 нм (9).
Содержание И. в земной коре 2,0.10-3% по массе, в морской воде - 3.10-4 мг/л. Вместе с др. РЗЭ содержится в минералах ксенотиме, фергюсоните, эвксените, гадолините, браннерите, иттропаризите, иттрофлюорите, талените, иттриалите и др. Осн. пром. типы месторождений И.: россыпи, содержащие ксенотим, эвксенит и фергюсонит, гранитные пегматиты с ксенотимом и титано-тантало-ниобатами И., а также гидротермальные месторождения, связанные с субщелочными гранитоидами и содержащие ксенотим и иттропаризит. Кроме того, И. может быть получен попутно при переработке нек-рых руд U (золото-браннеритовые конгломераты, урансодержащие фосфориты, каменные и бурые угли), Th (ксенотим-ферриторитовые месторождения), Nb и Та (фергюсонитовые, эвксенитовые, самарскитовые руды). Благодаря большим масштабам переработки апатитового сырья, источниками И. можно считать апатиты, несмотря на низкое содержание в них И. Общие запасы Y2O3 (без социалистич. стран) составляют 34,6 тыс. т. Главнейшие месторождения И. расположены в КНР, СССР, США, Канаде, Австралии, Индии, Малайзии, Бразилии.
И. - металл светло-серого цвета; до 1482°С устойчива a-форма: решетка гексагональная типа Mg, a = 0,36474 нм, с = 0,57306 нм, z = 2, пространств. группа P63/mmc; рентгеновская плотн. 4,472 г/см3, измеренная - 4,45 г/см3. Выше 1482 °С устойчива р-форма: решетка кубическая типа a-Fe, а = 0,408 нм, z = 2, пространств. группа Im3m; DH0 перехода a : b 4,98 кДж/моль. Т. пл. 1528°С, т. кип. ок. 3320 °С; С0p 26,52 Дж/(моль.К); DH0пл 11,32 кДж/моль, DH0возг 423,0 кДж/моль; S0298 44,43 Дж/(моль.К); давление пара 6,15.10-2 Па (1700 К); температурный коэф. линейного расширения 1,08.10-5 К-1; r 6,5.10-7 Ом.м; парамагнитен, магн. восприимчивость +2,15.10-6 (292 К), 2,43.10-6 (90 К); твердость по Бринеллю 628 МПа; модуль упругости 66 ГПа; модуль сдвига 264 ГПа; коэф. Пуассона 0,265; коэф. сжимаемости 26,8.10-7 см2/кг. Легко поддается мех. обработке. И. куют и прокатывают до лент толщиной 0,05 мм на холоду с промежут. отжигом в вакууме при 900-1000 °С.
На воздухе И. покрывается тонкой устойчивой пленкой оксидов, при 370-425 °С образуется черная плотно пристающая оксидная пленка; интенсивное окисление начинается выше 760 °С. Компактный металл медленно окисляется кислородом воздуха в кипящей воде, легко реагирует с минер. к-тами и медленно с уксусной к-той, относительно инертен к фтористоводородной к-те. И. взаимод. с Н2 при 315-1540°С, образуя гидриды разл. состава. При 760 °С
соединяется с N2, давая нитрид YN, при нагр. реагирует также с галогенами, С, S, Р.
Ниже приводятся сведения о наиб. важных соед. И.
Оксид (сесквиоксид) Y2О3 - бесцв. кристаллы; при обычном давлении существует в двух кристаллич. модификациях: с кубич. решеткой типа Тl2О3 (а = 1,061 нм, z = 16, пространств. группа Iа3) и с гексагональной (а = 0,381 нм, с = 0,609 нм, z = 1, пространств. группа  ); т-ра полиморфного перехода 2277 °С, DH0 перехода ок. 54 кДж/моль; при 3,5 МПа и 550 °С образуется моноклинная модификация; т. пл. 2430 °С, т. кип. ок. 4300 °С; измеренная плотн. 4,85 г/см3, рентгеновская - 5,02; С0p 102,5 Дж/(моль.К); DH0обр -1905 кДж/моль, DH0пл 83 кДж/моль; S0298 99,16 Дж/(моль.К); практически не раств. в воде; раств. в минер. к-тах. Получают оксид разложением нитрата, оксалата, карбоната или др. соед. И. на воздухе, обычно при 800-1000 °С.
Оксид И. - компонент спец. стекол для оптич. приборов, жаропрочной и прозрачной керамики, дисперсионно упрочненных жаропрочных сплавов на основе Ni и Zr, стабилизатор ZrO2. Оксид И., активированный Еu, - красный люминофор для экранов цветного телевидения. Его используют также для получения иттрий-железных и др. иттриевых гранатов (см. Гранаты синтетические), оксисульфида и ортованадата И. Иттрий-бариевая керамика (оксокупрат И., бария состава YBa2Cu3O7_x) - высокотемпературный сверхпроводящий материал с т-рой перехода в сверхпроводящее состояние ~ 90-100 К; при х = 0,31 кристаллизуется в ромбич. сингонии (а = 0,38829 нм, b = 0,38223 нм, с = 1,1690 нм, пространств. группа Рттт); получают спеканием Y2O3, BaO и СuО при 950-1100 °С в атмосфере О2, методами криохим. технологии и др.
Трифторид YF3 - бесцв. кристаллы; существует в двух модификациях: с ромбич. решеткой типа Fe3C (a = 0,6367 нм, b = 0,6859 нм, с = 0,4394 нм, z = 4, пространств. группа Рпта; рентгеновская плотн. 5,069 г/см3) до 1077°С и гексагональной (а = 0,412 нм, с = 0,423 нм, z = 1, пространств. группа Р3т1) выше 1077 °С; т. пл. 1155°С, т. кип. 2230 °С; С0p 94,9 Дж/(моль.К); DH0обр -1718 кДж/моль; S0298 100 Дж/(моль.К); образует кристаллогидраты. Получают гидраты осаждением из р-ров солей И. при действии фтористоводородной к-ты, безводную соль обезвоживанием гидратов, взаимод. Y2O3 с газообразным HF или F2, разложением фтораммонийных комплексов при 400-500 °С. Используют при получении И. металлотермич. способом; Li[YF4], легированный Но, - лазерный материал.
Трихлорид YCl3 - бесцв. гигроскопичные кристаллы с моноклинной решеткой типа АlСl3 (а = 0,692 нм, b = 1,192 нм, с = 0,644 нм, b = 111,0°, z = 4, пространств. группа С2/m); т. пл. 721 °С, т. кип. 1482 °С; измеренная плотн. 2,8 г/см3 (18 °С), рентгеновская 2,61 г/см3; С0p 92,1 Дж/(моль.К); DH0обр -1000 кДж/моль; S0298 113 Дж/(моль.К); хорошо раств. в воде; образует кристаллогидраты. Получают взаимод. смеси Сl2 и ССl4 с Y2O3 или Y2(C2O4)3 выше 200 °С, хлорированием И. выше 100 °С и др. М.б. использован для получения чистого И. металл отермич. способом.
Гидроксид Y(OH)3 - бесцв. творожистый осадок, сильно гидратированный. Образуется при обработке водорастворимых солей И. щелочами (начинает осаждаться при рН 6,5-7,0). Подвергается старению; в присут. СО2 превращ. в гидратированные основные карбонаты И.
Водорастворимые соли И. - хлорид, нитрат, перхлорат, сульфат, ацетат, формиат и др. при упаривании р-ра выделяются в форме кристаллогидратов, напр.: Y(NO3)3.6Н2О, Y2(SO4)3.8H2O. В разб. водных р-рах соли И. гидролизуются с образованием основных солей. При прокаливании солей кислородсодержащих к-т они переходят в оксид.
Важнейшие комплексные соед. И. - нитраты, сульфаты, хлориды, фториды, b-дикетонаты и др. Соед. с монодентатными лигандами малоустойчивы и в р-рах обычно полностью диссоциируют. Однако полидентатные лиганды (комплексоны, гидроксикислоты, b-дикетоны и др.) образуют с И. комплексные соед. высокой устойчивости.
Координац. число И. в комплексных соед. с полидентатными лигандами обычно больше шести. В ряду РЗЭ по величине атомного и ионного радиусов И. занимает место между Тb и Dy. Однако в зависимости от состава и строения комплексных соед. по величине константы устойчивости комплексов И. иногда "перемещается" в сторону легких РЗЭ и может при разделении образовывать общие фракции даже с Sm. "Перемещение" И. в ряду РЗЭ с изменением природы лиганда считают перспективным для разработки эффективных методов выделения и очистки И. из смесей РЗЭ.
Соед. И. извлекают из смесей с соед. др. РЗЭ экстракцией и ионным обменoм. Металлич. И. получают восстановлением безводных галогенидов И. литием или кальцием с послед. отгонкой примесей.
И. - легирующая и модифицирующая добавка к чугунам, сталям и сплавам. Его используют при получении высокопрочного чугуна (с шаровидным графитом), нержавеющих и жаростойких хромистых сталей. И. повышает жаростойкость и жаропрочность сплавов на основе Ni, Co, Cr, Nb и др., увеличивает прочность и пластичность тугоплавких металлов и сплавов на основе W, Hf, Zr, Mo, Та, упрочняет титановые, медные и др. сплавы, входит в состав сплавов на основе Mg и Аl, используемых в авиационной технике. В электронике и радиотехнике сплавы И. с La, Al, Zr применяют в качестве геттеров. Из тугоплавких и огнеупорных материалов на основе боридов, сульфидов и оксидов И. изготовляют катоды для мощных генеpаторов. Ортованадат и оксисульфид И., активированные Еu, - красные люминофоры для цветного телевидения, оксисульфид, активированный Тb, - люминофор для мед. диагностики, алюминат И. - лазерный материал.
В 1794 Ю. Гадолин выделил из минерала иттербита оксид элемента, к-рый он назвал И. Однако в 1843 К. Мосандер показал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов Y, Еr и Тb, и выделил из этой смеси Y2O3. Металлич. (нечистый) И. впервые получил Ф. Вёлер в 1828.
Лит.: см. при ст. Редкоземельные элементы.
Л. И. Мартыненко. С. Д. Моисеев. Ю. М. Киселев.
|
