Yttrium

český názevYttrium
latinský názevYttrium
anglický názevYttrium
chemická značkaY
protonové číslo39
relativní atomová hmotnost88,90585
perioda5
skupinaIII.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu1794
objevitelJ. Gadolin
teplota tání [°C]1522
teplota varu [°C]3338
hustota [g cm-3]4,47
hustota při teplotě tání [g cm-3]4,24
elektronegativita1,22
oxidační stavyIII
elektronová konfigurace[Kr]4d1 5s2
atomový poloměr [pm]212
kovalentní poloměr [pm]162
specifické teplo [J g-1K-1]0,3
slučovací teplo [kJ mol-1]11,4
tepelná vodivost [W m-1 K-1]17
elektrická vodivost [S m-1]1,8.106
1. ionizační potenciál [eV]6,217
2. ionizační potenciál [eV]12,24
3. ionizační potenciál [eV]20,52
tvrdost podle Mohse-
tvrdost podle Vickerse [MPa]-
tvrdost podle Brinella [MPa]589
modul pružnosti ve smyku [GPa]26
modul pružnosti v tahu [GPa]64
bod supravodivosti [K]1,3
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce yttria

Chemický prvek yttrium je stříbřitě bílý, měkký a kujný kov. Existují dvě krystalické modifikace, šesterečné α-Y přechází při teplotě 1480°C na kubické β-Y.

Kompaktní kovové yttrium je na vzduchu stálé, dobře se rozpouští ve zředěných minerálních kyselinách, kyselině octové a šťavelové za vzniku yttrité soli a vývoje vodíku:

2Y + 6HCl → 2YCl3 + 3H2

Reakce yttria se zředěnou kyselinou dusičnou probíhá bez vývoje vodíku:

8Y + 30HNO3 → 8Y(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

S vodou reaguje již za laboratorní teploty za vzniku hydroxidu yttritého:

2Y + 6H2O → 2Y(OH)3 + 3H2

Při zahřátí na teplotu 470°C na vzduchu hoří červeným plamenem, v atmosféře chloru se vznítí již při teplotě 200°C za vzniku chloridu yttritého YCl3. Při teplotě okolo 700°C reaguje s dusíkem za vzniku nitridu YN, s amoniakem reaguje za vzniku nitridu již při teplotě 450°C. Práškové yttrium velmi rychle podléhá samovolné oxidaci a ochotně reaguje i s oxidy dusíku za vzniku dusičnanu yttritého Y(NO3)3. Za vysoké teploty se přímo slučuje s borem za vzniku velké řady boridů, např. YB2, YB4 nebo YB6, existují i boridy yttria YB25 nebo YB66.

Chemické vlastnosti yttria i jeho sloučenin se nejvíce podobají vlastnostem lanthanu a jeho sloučenin. Ve sloučeninách vystupuje v oxidačním stupni III jako bezbarvý kation Y3+. S některými nekovy tvoří yttrium také sloučeniny nestechiometrické povahy, např. silicid YSi2, s uhlíkem tvoří acetilid YC2 ve kterém vystupuje jako formálně dvoumocné.

Kovové yttrium a jeho některé sloučeniny vykazují supravodivé vlastnosti již při relativně vysokých teplotách. Yttrium je supravodič I. typu.

Výskyt yttria v přírodě

Yttrium ve formě oxidu yttritého poprvé popsal v roce 1792 finský chemik Johan Gadolin, kovové yttrium připravil v roce 1828 redukcí bezvodého chloridu YCl3 kovovým draslíkem německý chemik Fridrich Wöhler.

Průměrný obsah yttria v zemské kůře je 33 ppm. Přírodní yttrium tvoří stabilní izotop 89Y. Uměle bylo připraveno 24 radioaktivních izotopů s nukleonovými čísly od 79 do 103. V přírodě se yttrium nalézá velmi vzácně a pouze ve formě svých sloučenin, často v doprovodu skandia, lanthanu, ceru a dalších, zejména těžších lanthanoidů. Relativně vysoký obsah yttria byl zjištěn v horninách na Měsíci.

Známým minerálem yttria je např. xenotim YPO4, bastnäsit (Y,Ce)(CO3)F, gadolinit Y2O3·3FeO·2SiO2, fergusonit YNbO4, gagarinit NaCaY(F,Cl)6, wakefieldit YVO4 nebo formanit YTaO4. V roce 2010 byl v Jáchymově v Krušných horách objeven doposud neznámý minerál yttria, nový nerost má chemický vzorec Y2[(UO2)8O6(OH)2(SO4)4](H2O)26 a dostal název sejkorait.

Nejvyšší obsah yttria (53,9 % Y) má limorit Y2(SiO4)·(CO3). Celkem bylo popsáno okolo 160 nerostů yttria. Pro průmyslovou těžbu má rozhodující vliv ložisko xenotimu a bastnäsitu v lokalitě Bayan Obo na severovýchodě Číny.

V roce 2012 dosáhla světová těžba yttria 8,9 kt Y2O3, z toho bylo 8,8 kt vytěženo v Číně, mezi další producenty yttria patří Brazílie, Indie a Malajsie. Světové zásoby yttria činí 540 kt Y2O3, z toho připadá na Čínu 220 kt, v USA jsou zásoby 120 kt, v Austrálii 100 kt a v Indii 72 kt.

Výroba a využití yttria

Výroba yttria se provádí loužením lanthanoidových rud směsí minerálních kyselin s následnou separací yttria pomocí chromatografické iontové výměny. Působením kyseliny šťavelové vznikají šťavelany, jejich oxidačním pražením vznikne oxid yttritý Y2O3, který se působením kyseliny fluorovodíkové převede na fluorid yttritý YF3, ze kterého se kovové houbovité yttrium vyredukuje v elektrické peci vápníkem nebo draslíkem:

2YF3 + 3Ca → 2Y + 3CaF2
YF3 + 3K → Y + 3KF

Praktické využití nalézá ytrium dopované europiem nebo terbiem jako součást červených luminoforů barevných obrazovek. V metalurgii se yttrium používá jako složka kujné litiny a lehkých slitin, přídavek yttria podstatným způsobem zvyšuje pevnost slitin hliníku a hořčíku a jako deoxidační činidlo při výrobě titanu, vanadu a dalších neželezných kovů. Používá se jako legující přísada pro zjemnění struktury slitin chromu, molybdenu a zirkonia.

Oxid Y2O3 se používá ve sklářství pro úpravu bodu tání a součinitele tepelné roztažnosti skla a k výrobě supravodičů YBCO (yttrium, baryum, oxid měďnatý). Kovové yttrium i některé jeho sloučeniny se používají jako katalyzátory při polymeraci ethylenu.

Oxidy Y3Fe5O12 a Y3Al5O12 se jako umělé granáty používaly jako levná náhrada diamantu, díky své schopnosti účinně pohlcovat některé složky mikrovlnného záření se dnes používají ke konstrukci ochranných krytů radarů. Oxid yttritý je součástí elektrolytů ve vysokoteplotních kyslíko-uhlovodíkových palivových článcích MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) nebo SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Fluorid yttritý YF3 se používá pro povrchovou úpravu keramiky. Vanadičnan yttritý YVO4 slouží k výrobě polarizačních hranolů a využívá se jako luminofor ve vysokotlakých rtuťových výbojkách. Wolframan draselno-yttritý KY(WO4)2 dopovaný ytterbiem se používá ke konstrukci zesilovačů femtosekundových pulsních laserů.

Radioaktivní izotop 90Y se využívá jako zářič v medicíně.

Zdroje

stroncium ← yttrium → zirkonium