Иттрий (Yttrium, Y)
Общие сведения и методы получения
Иттрий ( Y ) — редкоземельный металл светло-серого цвета. Свое название получил от шведского селения Иттербю. Открыт в 1794 г. финским химиком И. Гадолином. Металлический иприй получен в 1828 г. немецким химиком Ф. Велером.
Содержание иттрия в земной коре около 2,8*10^-3 % (по массе). Иттрий присутствует во многих минералах, содержащих редкоземельные элементы: лопарите, монаците, иттропаризите, эвксените, ксенотиме и др. В иттропаризите, эвксените и ксенотиме содержится до 50 % Y и более.
Для отделения основной массы иттрия от других элементов лучшим способом считается его отделение на ионообменных колоннах в процессе разделения РЗМ иттриевой подгруппы.
Для получения иттрия высокой чистоты применяют метод металло-термического восстановления его фторида с использованием в качестве восстановителя стружки кальция. Затем путем переплавки в вакууме и дистилляции получается иттрий чистотой 99,8—99 %• Для повышения чистоты его подвергают дву- и трехкратной дистилляции.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер 39, атомная масса 88 ,905 а.е.м, атомный объем 19,886*10-^6 м^3/моль, атомный радиус 0 ,181 нм, ионный радиус Y +^30 ,097 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 4 d '5 s ^2 .
Природный иттрий состоит из одного устойчивого изотопа ^89 Y . Известно 18 искусственных радиоактивных изотопов, важнейшими из которых являются ^90 Y и ^91 Y , образующегося при делении урана и тория.
Химические свойства
Нормальный электродный потенциал реакции Y —3 e »± Y ^3+ , (р0=—2,1 В. Электрохимический эквивалент 0,30715 мг/Кл.
В соединениях проявляет степень окисления +3. В атмосфере воздуха при нормальных условиях иттрий весьма устойчив: он лишь слегка тускнеет, но не теряет металлического блеска. При 370—425 °С на поверхности иттрия образуется черная и плотная пленка оксидов: интенсивно*^1 окисление начинается выше 760 "С.
Компактный иттрий медленно окисляется в кипящей воде, легко растворяется в серной, соляной и азотной кислотах, медленно — в уксусной н почти инертен к плавиковой кислоте. В щелочных средах (1 н. растворы NaOH и NH<OH) при 30 °С иттрий не корродирует. Скорость коррозии иттрия в хлоридных и нитратных водных растворах снижается с повышением рН среды. Наличие в растворах нитрат-ионов NO^ii особенно хлорид-ионов С1- сильно снижает коррозионную стойкость иттрия.
Иттрий легко взаимодействует с галогенами.
С водородом иттрий образует в интервале 314—1540"С устойчивые металлические гидриды различного состава. При 760 °С иттрий взаимодействует с азотом, образуя YN.
Технологические свойства
Иттрий — металл достаточно пластичный. Поддается обработке давлением в горячем и холодном состояниях. Однако деформируемость его зависит от степени чистоты. Так, в холодном состоянии недостаточно чистый иттрий можно прокатать со степенью обжатия не более 10— 15 % за одни проход. Путем холодной прокатки с небольшими обжатиями и промежуточными отжигами можно получить из иттрия ленту и фольгу толщиной 0,5—0,05 мм. Горячая прокатка, а также горячая ковка и прессование легко осуществляются при 800—850 °С. Однако выше 760 °С происходит интенсивное окисление иттрия, поэтому обработку его давлением прн высоких температурах следует проводить, принимая специальные меры против окисления и газонасыщения (вакуум, защитные оболочки, нейтральная атмосфера и др.).
Температура конца рекристаллизации технического иттрия 600°С, а дистиллированного 450—500 °С.
Иттрий легко обрабатывается резанием (обточка, фрезерование, сверление и др.), однако во избежание его возгорания скорости резания необходимо поддерживать минимальными, а также применять постоянное охлаждение эмульсией или маслом.
Иттрий легко сваривается дуговой сваркой с неплавящимся вольфрамовым электродом в атмосфере инертного газа. При сварке иттрия с другими металлами оптимальные результаты достигаются при применении присадочного материала (например, хрома для улучшения диффузии). Металлический иттрий, содержащий 0,1—0,3 % кислорода, отличается склонностью к растрескиванию в процессе сварки.
Области применения
В качестве основы сплавов иттрий применяют редко, но широко используют для легирования и модифицирования.
В настоящее время наиболее широкие области применения иттрия, его соединений, сплавов и лигатур в промышленности следующие: производство легированной стали; модифицирование чугуна; производство сплавов на основе никеля, хрома, молибдена и других металлов — для повышения жаростойкости и жаропрочности; выплавка ванадия, тантала, вольфрама и молибдена и сплавов на их основе — для увеличения пластичности; производство медных, титановых, алюминиевых и магниевых сплавов; атомная энергетика; электроника — в качестве катодных материалов (оксиды иттрия), а также для поглощения газов в электровакуумных приборах; изготонление квантовых генераторов — лазеров; производство тугоплавких и огнеупорных материалов; химия — в качестве катализаторов; производство стекла и керамики. Рафинирование металлов и сплавов от примесей (кислород, азот, водород и углерод), вызывающих хрупкость сплавов, что особенно важно для тугоплавких хладноломких металлов с объемноцентрированной кубической решеткой, а также примесей, вызывающих хладноломкость (сера, фосфор, мышьяк в стали, хромоникелевых и никелевых сплавах; свинец и висмут в медных сплавах).
Имеются сведения об использовании изотопа ^90 Y в медицине.