Itrij

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
(Preusmjereno sa Itrijum)
Idi na: navigacija, traži
Itrij
[Kr] 4d15s2 39Y
   
Periodni sistem elemenata
Općenito
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Itrij, Y, 39
Serija Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok 3, 5, d
Izgled srebreno bijeli metal
Zastupljenost 0,0026[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 88,90584(2)[2] u
Atomski radijus (izračunat) 180 (212) pm
Kovalentni radijus 190 pm
Van der Waalsov radijus pm
Elektronska konfiguracija [Kr] 4d15s2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 9, 2
1. energija ionizacije 600 kJ/mol
2. energija ionizacije 1180 kJ/mol
3. energija ionizacije 1980 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Mohsova skala tvrdoće 2,5
Kristalna struktura heksagonalna
Gustoća 4470[3] kg/m3
Magnetizam paramagnetičan (\chi_{m} = 1,2 · 10−4)[4]
Tačka topljenja 1795 K (1522[5][3] °C)
Tačka ključanja 3203[6] K (2930 °C)
Molarni volumen 19,88 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja 390[6] kJ/mol
Toplota topljenja 11,4 kJ/mol
Pritisak pare 1 Pa kod 1883 K
Brzina zvuka 3300 m/s kod 293,15 K
Specifična toplota 300 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 1,66 · 106 S/m
Toplotna provodljivost 17 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacijsko stanje 3
Oksidi Y2O3
Elektrodni potencijal -2,37 V (Y3+ + 3e- → Y)
Elektronegativnost 1,22 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
87Y

sin

79,8 h ε 1,862 87Sr
88Y

sin

106,65 d ε 3,623 88Sr
89Y

100 %

Stabilan
90Y

sin

64,10 h β- 2,282 90Zr
91Y

sin

58,51 d β- 1,544 91Zr
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja
prah

Lahko zapaljivo

F
Lahko zapaljivo
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: 11
S: 7/9-16-33
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Itrij (lat. ytrium) jeste hemijski element koji ima hemijski simbol Y i atomski broj 39. Spada u metale IIIB grupe periodnog sistema. To je srebrenasto svijetli prelazni metal, sličan lantanoidima, a često se ubraja u rijetke zemne elemente.[2] Itrij se gotovo uvijek nalazi zajedno sa lantanoidom u rijetkim zemnim metalima i nikad se u prirodi ne može naći kao samorodni element. Ima samo jedan stabilan izotop 89Y, koji se jedini i može naći u prirodi.

Carl Axel Arrhenius je 1787. godine pronašao novi mineral nedaleko sela Ytterby u Švedskoj te mu dao ime ytterbit (gadolinit) po imenu sela. U Arrheniusovom uzorku, Johan Gadolin je 1789. godine otkrio itrij oksid[7], a Anders Gustaf Ekeberg je novom oksidu da ime yttria. Elementarni itrij je prvi put izolirao Friedrich Wöhler 1828. godine.[8]

Najvažniji vid upotrebe itrija je dobijanje fosforoscentnih boja, kao naprimjer za crvenu boju u starijim televizorskim ekranima na bazi katodnih cijevi (CRT ekrani) ali i za novije LCD ekrane.[9] Također se koristi i u proizvodnji elektrodi, elektrolita, elektronskih filtera, lasera i superprovodnika; u razne medicinske svrhe kao i za dodavanje raznim materijalima radi poboljšanja njihovih osobina. Ne postoje dokazi da itrij ima neku biološku ulogu, a izlaganje spojevima itrija može dovesti do plućnih bolesti kod ljudi.[10]

Osobine[uredi | uredi izvor]

Dendrični sublimirani itrij čistoće 99,99% i kocka od 1 cm3 čistoće 99,9%

Itrij je mehak, srebreno sjajni metal, visoko kristalizirani prelazni metal 3. grupe periodnog sistema. Kao što se i očekuje po periodničnom trendu, on je manje elektronegativan od svog prethodnika u grupi skandija i manje elektronegativan od sljedećeg člana u 5. periodi cirkonija. Osim toga, njegova elektronegativnost se može porediti sa sljedećim elementom u 3. grupi, lutecijem, zbog kontrakcije lantanoida.[11][12] Itrij je prvo element d-bloka u 5. periodi.

Čisti element je relativno stabilan na zraku u većim komadima zbog pasiviziranja tokom kojeg se na njegovoj površini formira zaštitni sloj oksida Y2O3, slično kao kod aluminija. Ovaj zaštitni sloj može doseći debiljinu i do 10 µm kada se itrij zagrijava na 750 °C u okruženju vodene pare.[13] Međutim, fino istinjeni prah itrija je vrlo nestabilan na zraku. Opiljci ili strugotine metala se mogu vrlo lahko zapaliti u zraku već na temperaturi od 400 °C.[8] Itrij nitrid (YN) se formira kada se metal zagrije na 1000 °C u okruženju dušika.[13]

Njegove hemijske osobine podsjećaju na magnezij. Sa vodom reaguje veoma sporo gradeći hidroksid.

Sličnost sa lantanoidima[uredi | uredi izvor]

Sličnosti itrija sa lantanoidima su tako velike da se on u prošlosti dugo vremena svrstavao s njima u rijetke zemne elemente,[2] uvijek nalazio povezan s njima u rijetkim zemnim mineralima.[14] U hemijskom smislu, itrij je više sličan ovim elementima od svog komšije u periodnom sistemu, skandija,[15] a ako bi se fizičke osobine naznačile u odnosu na atomski broj tada bi on imao prividne brojeve između 64,5 i 67,5, što bi ga svrstalo između lantanoida gadolinija i erbija.[16]

On često spada u isti raspon reda reakcija,[13] sličan je kao terbij i disprozij po svojoj hemijskoj reaktivnosti.[9] Itrij je vrlo blizak po veličini teškim lantanoidnim ionima u rastvorima takozvane itrijske grupe, a hemijski se ponaša kao da je jedan od njih.[13][17] Iako su lantanoidi cijeli jedan red ispod itrija u periodnom sistemu, sličnosti atomskog radijusa s njima se može objasniti takozvanom kontrakcijom lantanoida.[18]

Jedna od malobrojnih nešto značajnijih razlika između hemije itrija i lantanoida je to što je itrij gotovo isključivo trovalentan, dok gotovo pola lantanoida ima valenciju različitu od tri.[13]

Spojevi i reakcije[uredi | uredi izvor]

Kao trovalentni prelazni metal, itrij gradi razne neorganske spojeve, uglavnom u oksidacijskom stanju +3, tako što otpušta sva tri svoja valentna elektrona.[19] Dobar primjer spoja itrija je itrij(III) oksid (Y2O3), također poznat i kao itrija, bijela čvrsta supstanca sa šest koordiniranih kovalentnih veza.[20]

Itrij gradi, u vodi nerastvorljive, fluoride, hidrokside i oksalate, međutim bromidi, hloridi, jodidi, nitrati i sulfati itrija su gotovo svi rastvorljivi u vodi.[13] Ion itrij Y3+ je bezbojan u rastvorima zbog odsustva elektrona u d i f elektronskim ljuskama.[13] Voda vrlo lahko reagira sa metalnim itrijem i njegovim spojevima dajući Y2O3.[14] Koncentrirana nitratna i fluorovodična kiselina ne napadaju burno itrij, ali ostale jake kiseline ga vrlo snažno napadaju.[13] Sa halogenim elementimam itrij gradi trihalide poput itrij(III) fluorida (YF3), itrij(III) hlorida (YCl3) i itrij(III) bromida (YBr3) pri temperaturama iznad približno 200 °C.[10] Slično tome, pri povišenim temperaturama ugljik, fosfor, selen i sumpor također grade binarne spojeve sa itrijem.[13]

Organoitrijska hemija proučava spojeve koji sadrže ugljik-itrij veze. Za neke od njih je dokazano da u njima itrij ima oksidacijsko stanje 0.[21][22] U nekim istopljenim hloridima je dokazano i stanje +2,[23] dok je stanje +1 dokazano u oksidnim klasterima u gasovitom stanju.[24] Posmatrane su i neke reakcije trimerizacije koristeći organoitrijske spojeve kao katalizatore.[22] Ovi spojevi koriste YCl3 kao polazni materijal koji se dalje dobija iz Y2O3, koncentrirane hlorovodonične kiseline i amonij hlorida.[25][26]

Haptičnost je pojam koji označava kako se susjedni atomi liganda koordiniraju na centralni atom; označava se grčkim slovom eta, η. Kompleksi itrija su prvi primjeri među kompleksima gdje su karboranilni ligandi veza na 0-metalni centar pomoću η7-haptičnosti.[22] Vaporizacija grafitnih interkaliranih spojeva grafit-Y ili grafit-Y2O3 dovodi do formiranja endohedralnih fulerena kao što je Y@C82.[9] Proučavanje pomoću elektronske spin rezonance dokazuju formiranje ionskih parova Y3+ i (C82)3−.[9] Svaki od karbida itrija Y3C, Y2C i YC2 se može hidrolizirati dajući ugljikovodike.[13]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

U Sunčevom sistemu itrij se stvara nukleosintezom, najvećim dijelom putem s-procesa (oko 72%), ali također i u r-procesu.[27] R-proces se sastoji od brzog hvatanja neutrona lahkih elemenata nakon eksplozije supernova. S-proces se sastoji od hvatanja sporih neutrona lahkih elemenata unutar pulsirajućih zvijezda crvnih divova.[28]

Izotopi itrija su jedni od najčešćih proizvoda nuklearne fisije uranija koja se dešava pri nuklearnoj eksploziji ili u nuklearnim reaktorima. Po procedurama upravljanja nuklearnim otpadom, najvažniji izotopi itrija su 91Y i 90Y, koji imaju vrijeme poluraspada od 58,1 dan i 64 sata, respektivno.[29] Iako 90Y ima kratko vrijeme poluraspada, on postoji u sekularnoj ravnoteži sa svojim roditeljskim izotopom stroncijem 90Sr koji ima znatno duže vrijeme poluraspada od 29 godina.[8]

Svi elementi 3. grupe periodnog sistema imaju neparan atomski broj te stoga imaju vrlo mali broj stabilnih izotopa.[30] Skandij ima jedan stabilan izotop, a itrij također ima samo jedan stabilni izotop 89Y, koji se jedini i može naći u prirodi. Međutim, lantanoidi rijetkih zemalja sadrže i elemente sa parnim atomskim brojem i brojnim stabilnim izotopima. 89Itrij je nešto više zastupljen u Zemljnoj kori nego što bi po pravilu trebao biti, a razlog jednim dijelom leži u s-procesu koji daje dovoljno vremena da izotopima stvorenim drugim procesima da se raspadnu emisijom elektrona (neutron → proton).[28][note 1] Takav spori proces ide u korist izotopima sa atomskim masenim brojevima (A je zbir protona i neutrona) oko 90, 138 i 208, koji imaju neobično stabilne atomske jezgre sa 50,82 i 126 neutrona, respektivno.[28][note 2][8] Izotop 89Y ima maseni broj vrlo blizu 90 i ima tačno 50 neutrona u jezgru.

Do danas je otkriveno 32 sintetička izotopa itrija, čije se atomski maseni brojevi kreću od 76 do 108.[29] Najmanje stabilni izotop među njima je 106Y sa poluvremenom raspada od >150 ns (dok 76Y ima poluvrijeme raspada od >200 ns), dok je najstabilniji izotop 88Y sa vremenom poluraspada od 106,626 dana.[29] Osim izotopa 91Y, 87Y i 90Y sa vremenima poluraspada od 58,51 dana, 79,8 sati i 64 sata, respektivno, svi drugi izotopi imaju vremena poluraspada kraća od jednog dana, a većina tih izotopa ima vremena poluraspada kraća od jednog sata.[29]

Izotopi itrija sa masenim brojevima od 88 i nižim uglavnom se raspadaju putem emisije pozitrona (proton → neutron) dajući kao rezultat izotope stroncija (atomski broj 38). [29] Izotopi itrija sa masenim brojevima od 90 i višim uglavnom se raspadaju emisijom elektrona (neutron → proton) dajući izotope cirkonija (Z = 40).[29] Za izotope sa masenim brojevima 97 ili višim poznato je da imaju i manje izražen nuklearni lanac raspadanja β sa naknadnom emisijom neutrona.[31]

Poznato je najmanje 20 nuklearnih izomera čiji maseni brojevi se kreću u rasponu od 78 do 102.[29][note 3] Dokazana su brojna pobuđena stanja za izotope 80Y i 97Y.[29] Iako se za većinu nuklearnih izomera itrija očekuje da budu manje stabilni od svojih osnovnih stanja, nuklearni izomeri 78mY, 84mY, 85mY, 96mY, 98m1Y, 100mY i 102mY imaju duža vremena poluraspada nego u svojim osnovnim stanjima, a ti izomeri se ne raspadaju izomerijskom tranzicijom već putem beta raspada.[31]

Historija[uredi | uredi izvor]

Godine 1787. vojni poručnik i povremeni hemičar Carl Axel Arrhenius pronašao je teški crni kamen u starom kamenolomu u blizini švedskog sela Ytterby (danas dio Stockholmskog arhipelaga).[32] Vjerujući da je pronašao novi nepoznati mineral koji sadrži, tada novootkriveni, element volfram,[33] dao mu je ime ytterbit.[34] Arrhenius je taj primjerak poslao brojnim hemičarima radi daljnje analize.[32]

Johan Gadolin je otkrio itrij oksid

Johan Gadolin sa Univerziteta Åbo otkrio je 1789. novi oksid odnosno zemlju u Arrheniusovom uzorku a svoju potpunu analizu objavio je 1794. godine.[35][note 4] Anders Gustaf Ekeberg je 1797. godine potvrdio ovo otkriće i novom oksidu dao naziv yttria.[36]

U narednim desetljećima nakon što je Antoine Lavoisier razvio prvu modernu definiciju hemijskih elemenata, postojalo je vjerovanje da se zemlje mogu reducirati do svog osnovnog elementa, što bi značilo da je otkriće svake nove zemlje (oksida) jednako otkriću elementa od kojeg je ona potekla, što bi u ovom slučaju značilo yttrium.[note 5]

Carl Gustaf Mosander je 1843. godine otkrio da uzorci itrije sadrže tri oksida: bijeli itrij oksid (itriju), žuti terbij oksid (u to vrijeme se zvala erbija što je kasnije promijenjeno) i ružičasto obojeni erbij oksid (koji se u to vrijeme zvao terbija.[37] Četvrti oksid, iterbij oksid, je izolirao Jean Charles Galissard de Marignac tek 1878. godine.[38] Iz svakog ovog oksida kasnije su izolirani novi čisti elementi, a svaki od njih je, na neki način, dobio ime po selu Ytterbyu, u čijoj je blizini kamenolom gdje su pronađeni (pogledati sekcije historije kod iterbija, terbija i erbija).[39] U sljedećim desetljećima iz Gadolinove itrije otkriveno je sedam novih metala.[32] Međutim, pošto je itrija bio mineral a ne oksid, Martin Heinrich Klaproth mu je dao ime gadolinit u čast njegovog pronalazača Gadolina.[32]

Čisti metalni itrij je izoliran 1828. godine kada je Friedrich Wöhler zagrijavao anhidratnog itrij(III) hlorida sa kalijem:[40][41]

YCl3 + 3 K → 3 KCl + Y

Sve do početka 1920tih, za ovaj hemijski element korišten je simbol Yt, nakon čega je promijenjen u sadašnji simbol Y.[42] Godine 1987. otkriveno je da spoj itrija itrij-barij-bakar oksid pokazuje osobine superprovodljivosti na visokim temperaturama.[43] To je bio tek drugi otkriveni materijal koji je imao ovu osobinu i prvi koji ima osobinu superprovodljivosti iznad (ekonomski važne) tačke ključanja dušika.[note 6] Osim ovog spoja, otkriven je i spoj itrij paladij borid karbida koji je također pokazao slične osobine superprovodljivosti na relativno visokoj temperaturi od 23 K.[44]

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Itrij je pronađen u većini rijetkih zemnih minerala[12] kao i u nekim rudama uranija, međutim u prirodi nikad nije nađen kao samorodan.[45] Sa udjelom od oko 31 ppm (0,0031%) u Zemljinoj kori,[9] itrij je 28. element po rasprostranjenosti, odnosno oko 400 puta više zastupljen od srebra.[46] Itrij je pronađen u tlu u koncentracijama između 10 i 150 ppm (0,001% - 0,015%, prosjek oko 23 ppm (0,0023%)). Njegov udio u morskoj vodi iznosi oko 9 ppt (9×10-10%).[46] Uzorci koje su prikupile američke svemirske misije na Mjesec u sklopu Apolo projekta pokazali su relativno veliki udio itrija u njima.[39]

Velika geohemijska podjela rijetkih zemalja u grupu cerija i grupu itrija je imala za primjer prvobitna otkrića oksida cerije 1803. i itrije 1794. godine. Ono što se 1794. godine zvalo yttria je identično mineralu ksenotimu i sastavu ionske gline iz Lognana, čineći oko dvije trećine itrij oksid po težine i otprilike 4 do 7% od svakog teškog lantanoida sa parnim atomskim brojem te 0,5 do 1,5% lantanoida sa neparnim atomskim brojem, što je u skladu sa Oddo-Harkinsovim pravilom. Tijelo ruda rijetkih zemlji se danas posmatra kao pravolinijska kombinacija itrije iz 1794. i cerije iz 1803. godine kao prvim aproksimacijama. Ovo je, međutim, tačno za okruženja kiselih stijena. Bazične stijene imaju mali sadržaj itrije i poremećen sastav cerije, bogate lantanom zajedno sa nižim relativnim udjelom neodija.

Nije poznata nijedna biolološka uloga itrija, mada je njegovo prisustvo dokazano u većini, ako ne i u svim, poznatim živim organizmima. Itrij ima tendenciju da se taloži u jetri, bubrezima, slezeni, plućima i kostima kod čovjeka.[47] Njegova uobičajena količina u prosječnom čovjekovom organizmu iznosi oko 0,5 miligrama. Studije su pokazale da majčino mlijeko može sadržavati oko 4 ppm itrija (0,0004%).[48] Itrij se može naći u mnogim jestivim biljkama u koncentracijama između 0,002% i 0,01% (u svježim biljkama), a među njima kupus ima najveći udio itrija.[48] Gotovo 0,07% itrija je pronađeno u sjemenu nekih vrsta drvenastih biljaka, što je najveća poznata izmjerena koncentracija.[48]

Proizvodnja[uredi | uredi izvor]

Hemijska sličnost itrija sa lantanoidima je uzrok da se on obrađuje i obogaćuje istim procesima i tehnologijom kao i rude koje sadrže lantanoide, zajedno sačinjavajući rijetke zemne minerale. Postoji određena manja razlika između lahkih (LRZE) i teških rijekih zemnih elemenata (TRZE), ali tačna razlika nije striktno određena. Itrij je svrstan u grupu TRZE zbog veličine svog iona iako ima nižu atomsku masu od drugih.[49][50]

Komad itrija. Itrij je vrlo teško razdvojiti od ostalih rijetkih zemnih elemenata.

Postoje četiri osnovna izvora rijetkih zemnih elemenata:[51]

  • Karbonati i fluoridi koji sadrže rude kao što je LRZE bastnäsit ([(Ce, La, etc.)(CO3)F]) koji sadrži u prosjeku 0,1%[8][49] itrija za razliku od 99,9% kod drugih 16 rijetkih zemnih elemenata.[49] Osnovni izvor za bastnäsit u periodu od 1960tih do 1990tih bio je rudnik rijetkih minerala Mountain Pass u američkoj saveznoj državi Kalifornija, što je u to vrijeme dovelo SAD na prvo mjesto najvećih proizvođača rijetkih zemnih elemenata.[49][51]
  • Monazit ([(Ce, La, i dr.)PO4]), od kojih su većina fosfati, je depozitni aluvijalni pijesak koji nastaje prijenosom i gravitacijskim odvajanjem erodiranog granita. Monazir, kao ruda LRZE, sadrži 2%[49] (po nekim izvorima 3%[52]) itrija. Najveći takvi depoziti pronađeni su u Indiji i Brazilu početkom 20. vijeka, što je dovelo ove dvije zemlje u vrh svjetskih proizvođača itrija u prvoj polovini 20. vijeka.[49][51]
  • Ksenotim, fosfat rijetkih zemnih elemenata, je osnovna ruda TRZE a sadrži do 60% itrija u vidu itrij fosfata (YPO4).[49] Najveći rudnik ovog minerala je depozit Bayan Obo u Kini, što čini Kinu najvećim izvoznikom TRZE od zatvaranja rudnika Mountain Pass 1990tih.[49][51]
  • Gline ionske apsorpcije ili gline iz Lognana su proizvod granita uzrokovan erozijom a sadrži samo 1% rijetkih zemnih elemenata.[49] Međutim, konačni proizvodni koncentrat rude može sadržavati do 8% itrija. Gline ionske apsorpcije se najviše iskopavaju u rudnicima južne Kine.[49][51][53] Itrij se također može naći i u mineralima samarskitu i fergusonitu.[46]

Jedna od metoda dobijanja čistog itrija iz miješanih oksidnih ruda je rastvaranje oksida u sumpornoj kiselini te njihovo razdvajanje putem ionoizmjenjivačke hromatografije. Dodavanjem oksalne kiseline taloži se itrij oksalat. Zatim se oksalat prevodi u oksid njegovim zagrijavanjem u prisustvu kisika. Reakcijom nastalog itrij oksida sa fluorovodonikom, nastaje itrij fluorid.[54] Koristeći kvatarne amonijeve soli kao ekstrakante, itrij uglavnom ostaje u vodenoj fazi: ako je suprotni ion nitrat, uklanjaju se lahki lantanoidi, a ako je suprotni ion tiocijanat, uklanjaju se teški. Tim postupkom dobijaju se itrijeve soli čistoće 99,999%. U većini situacija, kada itrij sačinjava dvije trećine mješavine teških lantanoida, postoji velika prednost njegovog izdvajanja iz sistema što je prije moguće, kako bi se olakšalo odvajanje preostalih elemenata.

Svjetska godišnja proizvodnja itrij oksida dostigla je 2001. godine 600 tona, a njegove rezerve se procjenjuju na oko 9 miliona tona.[46] Samo nekoliko tona metala itrija se proizvede svake godine redukcijom itrij fluorida u metalnu spužvu sa legurama kalcija i magnezija. Temperatura lučne peći iznad 1600 °C je dovoljna da se itrij istopi.[46][54]

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Proizvodi široke potrošnje[uredi | uredi izvor]

Itrija (itrij(III) oksid, Y2O3)) može služiti kao osnovna rešetka za dopiranje sa kationima Eu3+ kao i reaktant za dobijanje dopiranog itrij ortovanadata YVO4:Eu3+ ili itrij oksid sulfida Y2O2S:Eu3+, fosforescentna boja koja daje crveni sjaj u katodnim cijevima za sliku kod televizora u boji,[8][9][note 7] mada se crvena boja zapravo emitira iz europija dok itrij služi za sakupljanje energije iz elektronskih pištolja i predaje je fosforescentim bojama.[55] Spojevi itija mogu također služiti kao osnovna rešetka za dopiranje sa različitim kationima lantanoida. Osim Eu3+, kao dopirajuće sredstvo također se koristi i Tb3+ koji daje zelenu luminiscenciju. Itrija se također koristi i kao dodatak u procesu sinterovanja kod proizvodnje poroznog silicij nitrida[56] i kao uobičajena polazna sirovina proizvodnju drugih spojeva itrija ali i važan materijal u nauci o materijalima.

Spojevi itrija se koriste kao katalizatori za polimerizaciju etena.[8] Kao metal, koristi se za elektrode kod nekih automobilskih svjećica gdje su potrebne visoke performanse.[57] Itrij se također upotrebljava u proizvodnji Colemanovih mrežica za propanske lampe kao zamjena za torij koji je radioaktivan.[58] Istraživanje budućih načina upotrebe itrija uključuje djelimično stabiliziranje cirkonije itrijem kao čvrsti elektrolit i kao senzor za kisik u automobilskim ispušnim sistemima.[9]

Granati[uredi | uredi izvor]

Laserska šipka Nd:YAG prečnika 0,5 cm.

Itrij se koristi za proizvodnju širokog spektra sintetičkih granata (vrsta dragog kamenja),[59] a itrija se koristi za izradu itrij željezo granata (Y3Fe5O12 ili YIG), a koji su vrlo efektivni elektronski filteri za mikrovalove.[8] Garneti od itrija, željeza, aluminija i gadolinija (npr. Y3(Fe,Al)5O12 i Y3(Fe,Ga)5O12) imaju važne magnetne osobine.[8] YIG je također veoma efikasan kao prenosilac akustične energije i transduktor.[60] Itrij aluminij granat (Y3Al5O12 ili YAG) ima tvrdoću 8,5 po Mohsovoj skali i također se koristi kao dragi kamen (simulirani dijamant).[8] Kristali itrij aluminij granata dopirani cerijem (YAG:Ce) se koriste kao fosforescentne boje za proizvodnju bijelih svjetlećih (LED) dioda.[61][62][63]

YAG, itrija, itrij litij fluorid (LiYF4) i itrij ortovanadat (YVO4) se koriste u kombinaciji sa dopantima poput neodija, erbija i iterbija u laserima koji rade na području bliskog infracrvenog zračenja.[64][65] YAG laseri imaju sposobnost da rade visokom snagom a koriste se i za bušenje ili rezanje metala.[52] Pojedinačni kristali dopiranog YAG se obično proizvode Czochralski metodom.[66]

Poboljšavanje materijala[uredi | uredi izvor]

Malehne količine itrija (0,1 do 0,2%) se koriste za smanjivanje veličine zrna hroma, molibdena, titanija i cirkonija.[67] Također se koristi za povećanje jačine legura aluminija i magnezija.[8] Dodavanje itrija legurama općenito poboljšava njihovu obradu, povećava im otpornost na rekristalizaciju pri visokim temperaturama i značajno poboljšava njihovu otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama.[55]

Itrij se može koristiti za deoksidiranje vanadija i drugih obojenih metala.[8] Njegov oksid zvani itrija se koristi za stabiliziranje kockaste forme cirkonije koja se upotrebljava kao nakit.[68] Itrij se proučava u mogućim aplikacijama kao nodulator za izradu nodularnog lijevanog čelika, koji ima povećanu duktilnost (grafit u njemu formira kompaktne nodule umjesto stvaranja ljuskica).[8] Itrij oksid se također koristi u izradi keramike i stakla, zbog svoje visoke tačke topljenja i odgovarajućih osobina otpornosti na stres te niske stope toplotnog širenja.[8] Zbog toga se koristi i za izradu objektiva za kamere.[46]

Medicina[uredi | uredi izvor]

Radioaktivni izotop itrija 90Y se koristi u sastavu lijekova kao itrij Y 90-DOTA-tir3-oktreotid i Itrij Y 90 ibritumomab tiuksetan za tretman različitih oblika raka, uključujući limfome, leukemiju, rak jajnika, pankreasa, kostiju i debelog crijeva.[48] Djeluje tako što se spaja sa monoklonalnim antitijelima, koji se kasnije spajaju na ćelije raka i ubijaju ih pomoću intenzivne β-radijacije iz itrija 90Y.[69]

Igle načinjene od itrija-90, a koje mogu rezati preciznije od običnog skalpela, koriste se za presjecanje živaca koji provode bol u kičmenoj moždini,[33] a itrij-90 se također koristi za vršenje radionuklidne sinovektomije (hirurško uklanjanje dijela sinovijalne membrane zgloba) pri tretmanima upale zglobova, naročito koljena kod pacijenata sa stanjima poput reumatoidnog artritisa.[70]

Laser od itrij-aluminij-granata dopiran neodijem se koristi u eksperimentalnoj, radikalnoj prostatektomiji potpomognutu robotima kod pasa u pokušaju da se smanji kolateralna šteta živaca i tkiva,[71] dok takvi laseri dopirani erbijem počeli su se koristiti u kozmetičkom oblikovanju kože.[9]

Superprovodnici[uredi | uredi izvor]

YBCO superprovodnik

Itrij se koristi u itrij-barij-bakar oksidu (YBa2Cu3O7, poznat i kao 'YBCO' ili '1-2-3'), superprovodnika razvijenog na Univerzitetu u Alabami i Houstonu 1987. godine.[43] Ovaj superprovodnik radi na temperaturi od 93 K, što je značajno jer je iznad tačke ključanja tečnog dušika (77,1 K).[43] Pošto je cijena tečnog dušika mnogo niža od cijene tečnog helija, koji se obično mora koristiti za metalne superprovodnika, upotrebom ovog superprovodnika značajno se snižavaju troškovi.

Stvarni superprovodnički materijal se često označava kao YBa2Cu3O7–d, gdje d mora biti manje od 0,7 za materijal da bi bio superprovodnik. Razlozi za to još nisu potpuno poznati, ali se zna da se praznine pojavljuju samo na određenim mjestima u kristalu, planarni oksidi bakra prelaze u lančane,[72] što dovodi do neuobičajenih oksidacijskih stanja atoma bakra, što nekako dovodi do superprovodničkih osobina.

Teorija niskih temperatura superprovodljivosti je bila dobro razvijena sve dok se 1957. godine nije pojavila BCS teorija. Ona je zasnovana na neuobičajenim međusobnim reakcijama između dva elektrona u kristalnoj rešetki. Međutim BCS teorija nije mogla objasniti superprovodljivost koja se javlja na visokim temperaturama, a njen tačan mehanizam djelovanja ni do danas nije potpuno jasan. Ono što je poznato, je da se sastav materijala od bakar oksida mora precizno kontrolirati da bi se javila superprovodljivost.[73]

Dobijeni materijal je bio crne i zelene boje, multikristalni i multifazni mineral. Istraživači proučavaju klasu materijala poznatih kao perovskiti koji su alternativna mješavina ovih elemenata, nadajući se da će razviti praktičan superprovodnik pogodan za visoke temperature.[52]

Mjere bezbjednosti[uredi | uredi izvor]

U vodi rastvorljivi spojevi itrija se smatraju slabo otrovnim, dok nerastvorljivi spojevi nisu otrovni.[48] U eksperimentima na životinjama, itrij i njegovi spojevi uzrokovali su oštećenja pluća i jetre, mada otrovnost nije ista za sve spojeve itrija. Kod pacova, udisanje itrij citrata dovelo je do pojave plućnih edema i dispneje, dok je udisanje itrij hlorida uzrokovalo edem jetre, pleuralni izljev i plućnu hiperemiju.[10]

Kod čovjeka, izlaganje spojevima itrija može prouzrokovati plućna oboljenja.[10] Radnici koji su bili izloženi prašini itrij europij vanadata u zraku imali su blage iritacije očiju, kože i gornjih disajnih puteva, mada se takvi efekti mogu javiti zbog sadržaja vanadija, prije nego zbog itrija.[10] Akutno izlaganje spojevima itrija može izazvati kratkoću daha, kašljanje, bolove u grudima i cijanozu.[10] Američki Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje radnika (NIOSH) preporučuje najveće dozvoljeno izlaganje itriju od prosječno 1 mg/m3 zraka a najveća 30-minutna izloženost (IDLH) ne smije biti viša od 500 mg/m3.[74] Prah itrija je zapaljiv.[10]

Napomene[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Po pravilu, neutron postaje proton dok se emitiraju elektron i antineutrino.
  2. ^ Pogledate i magični broj. Međutim, ova stabilnost je rezultat njegove vrlo malehne poprečne površine hvatanja neutrona.(Greenwood 1997, pp. 12–13). Emisija elektrona izotopa sa tim masenim brojem je jednostavno manje zastupljena zbog ove stabilnosti, što ima za rezultat da imaju veću zastupljenost.
  3. ^ Nuklearni izomeri imaju energetska stanja viša od normalnih koja odgovaraju nepobuđenim jezgrama a ova stanja traju do emitiranja gama zraka ili konverzije elektrona od strane izomera. Oni se označavaju sa m pored masenog broja izotopa.
  4. ^ Albert Stwertka 1998. u svojoj knjizi na str. 115 navodi da se identifikacija desila 1789. godine ali nije objavljena. Van der Krogt 2005. citira originalnu publikaciju navodeći godinu 1794. i Gadolina.
  5. ^ Zemljama se davao naziv sa sufiksom -a, dok su novootkriveni elementi obično dobijali sufiks -ium
  6. ^ Tc za itrij-barij-bakar oksid je na 93 K a tačka ključanja dušika je na 77 K.
  7. ^ Emsley 2001, str. 497 navodi da "Itrij oksisulfid, dopiran europijem (III), se koristi kao standardna crvena komponenta u televizorima u boji".

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ a b c IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2
  3. ^ a b Steve Gagnon. The Element Yttrium, Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, pristupljeno 10. juni 2014.
  4. ^ Weast, Robert C. (ur.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. str. E-129 - E-145. ISBN 0-8493-0470-9.
  5. ^ Bentor, Yinon. Chemical Element.com - Yttrium. pristupljeno 10. juni 2014
  6. ^ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  7. ^ Krogt 2005.
  8. ^ a b c d e f g h i j k l m n urednici CRC (2007–2008). “Yttrium”, Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics, New York City: CRC Press ISBN 978-0-8493-0488-0.
  9. ^ a b c d e f g h Cotton, Simon A. (15.3.2006). "Encyclopedia of Inorganic Chemistry". doi:10.1002/0470862106.ia211
  10. ^ a b c d e f g OSHA (11.1.2007). Occupational Safety and Health Guideline for Yttrium and Compounds. United States Occupational Safety and Health Administration. Učitano: 3.8.2008.
  11. ^ Greenwood 1997., str. 946
  12. ^ a b Hammond, C. R.. “Yttrium”, The Elements (pdf), 4–33, Fermi National Accelerator Laboratory ISBN 0-04-910081-5.
  13. ^ a b c d e f g h i j Daane 1968., str. 817
  14. ^ a b Emsley 2001, str. 498
  15. ^ Daane 1968, str. 810
  16. ^ Daane 1968, str. 815
  17. ^ Greenwood 1997, str. 945
  18. ^ Greenwood 1997, str. 1234
  19. ^ Greenwood 1997, str. 948
  20. ^ Greenwood 1997, str. 947
  21. ^ Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017
  22. ^ a b c Schumann, Herbert; Fedushkin, Igor L. (2006). "Scandium, Yttrium & The Lanthanides: Organometallic Chemistry". Encyclopedia of Inorganic Chemistry. ISBN 0-470-86078-2 doi:10.1002/0470862106.ia212
  23. ^ Nikolai B., Mikheev et.al (1992). "The anomalous stabilisation of the oxidation state 2+ of lanthanides and actinides". Russian Chemical Reviews 61 (10): 990–998. doi:10.1070/RC1992v061n10ABEH001011
  24. ^ Kang, Weekyung; E. R. Bernstein (2005). "Formation of Yttrium Oxide Clusters Using Pulsed Laser Vaporization". Bull. Korean Chem. Soc. 26 (2): 345–348. doi:10.5012/bkcs.2005.26.2.345
  25. ^ Spencer, James F. (1919). The Metals of the Rare Earths, 135, New York: Longmans, Green, and Co. Pristupljeno URLu 12.8.2008.
  26. ^ Turner, Jr., Francis M.; Berolzheimer, Daniel D.; Cutter, William P.; Helfrich, John (1920). The Condensed Chemical Dictionary, 492, New York: Chemical Catalog Company. Pristupljeno URLu 12.8.2008.
  27. ^ Pack, Andreas; Sara S. Russell, J. Michael G. Shelley; Mark van Zuilen (2007). "Geo- and cosmochemistry of the twin elements yttrium and holmium". Geochimica et Cosmochimica Acta 71 (18): 4592–4608. doi:10.1016/j.gca.2007.07.010
  28. ^ a b c Greenwood 1997, str. 12–13
  29. ^ a b c d e f g h urednici NND; Alejandro A. Sonzogni (ur.) (2008). Chart of Nuclides. National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Učitano: 13.9.2008.
  30. ^ Greenwood 1997, str. 946
  31. ^ a b Audi, Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
  32. ^ a b c d Van der Krogt 2005
  33. ^ a b Emsley 2001, str. 496
  34. ^ Ytterbit je dobio ime po selu u blizini kojeg je otkriven, uz dodatak sufiksa -it koji označava da se radi o mineralu
  35. ^ Gadolin 1794.
  36. ^ Greenwood 1997, str. 944
  37. ^ Mosander, Carl Gustaf (1843). "Ueber die das Cerium begleitenden neuen Metalle Lathanium und Didymium, so wie über die mit der Yttererde vorkommen-den neuen Metalle Erbium und Terbium". Annalen der Physik und Chemie 60 (2): 297–315. doi:10.1002/andp.18431361008
  38. ^ urednici Britannica. "ytterbium", Encyclopædia Britannica, Inc, 2005. 
  39. ^ a b Stwertka 1998., str. 115
  40. ^ Heiserman, David L. (1992). “Element 39: Yttrium”, Exploring Chemical Elements and their Compounds, 150–152, New York: TAB Books ISBN 0-8306-3018-X.
  41. ^ Wöhler, Friedrich (1828). "Ueber das Beryllium und Yttrium". Annalen der Physik 89 (8): 577–582. doi:10.1002/andp.18280890805
  42. ^ Coplen; Peiser, H. S., Tyler B. (1998). "History of the Recommended Atomic-Weight Values from 1882 to 1997: A Comparison of Differences from Current Values to the Estimated Uncertainties of Earlier Values (Technical Report)". Pure Appl. Chem. 70 (1): 237–257. doi:10.1351/pac199870010237
  43. ^ a b c Wu, M. K. et al. (1987). "Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure". Physical Review Letters 58 (9): 908–910. doi:10.1103/PhysRevLett.58.908
  44. ^ R. J. Cava, H. Takagi, B. Batlogg, H. W. Zandbergen et.al. (1991): Superconductivity at 23 K in yttrium palladium boride carbide, Nature 367, 146 - 148 (13. januar 1994.); doi:10.1038/367146a0
  45. ^ urednici Lenntecha. yttrium. Lenntech. Učitano: 26.8.2008.
  46. ^ a b c d e f Emsley 2001, str. 497
  47. ^ MacDonald, N. S.; Nusbaum, R. E. i Alexander, G. V. (1952). "The Skeletal Deposition of Yttrium". Journal of Biological Chemistry 195 (2): 837–841.
  48. ^ a b c d e Emsley 2001, str. 495
  49. ^ a b c d e f g h i j Morteani, Giulio (1991). "The rare earths; their minerals, production and technical use". European Journal of Mineralogy 3 (4): 641–650.
  50. ^ Kanazawa, Yasuo, Kamitani, Masaharu (2006). "Rare earth minerals and resources in the world". Journal of Alloys and Compounds 408–412: 1339–1343. doi:10.1016/j.jallcom.2005.04.033
  51. ^ a b c d e Naumov, A. V. (2008). "Review of the World Market of Rare-Earth Metals". Russian Journal of Non-Ferrous Metals 49 (1): 14–22. doi:10.1007/s11981-008-1004-6
  52. ^ a b c Stwertka 1998, str. 116
  53. ^ Zheng, Zuoping, Lin Chuanxian (1996). "The behaviour of rare-earth elements (REE) during weathering of granites in southern Guangxi, China". Chinese Journal of Geochemistry 15 (4): 344–352. doi:10.1007/BF02867008
  54. ^ a b Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon i Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 91–100, 1056–1057, Walter de Gruyter ISBN 3-11-007511-3.
  55. ^ a b Daane 1968, str. 818
  56. ^ U.S. Patent 5.935.888
  57. ^ Carley, Larry (decembar 2000). "Spark Plugs: What's Next After Platinum?". Counterman. Pristupljeno URL adresi dana 7.9.2008.
  58. ^ U.S. Patent 4.533.317
  59. ^ Jaffe, H.W. (1951). "The role of yttrium and other minor elements in the garnet group". American Mineralogist: 133–155. Pristupljeno URL adresi dana 26.8.2008.
  60. ^ Vajargah, S. Hosseini; Madaahhosseini H.; Nemati Z. (2007). "Preparation and characterization of yttrium iron garnet (YIG) nanocrystalline powders by auto-combustion of nitrate-citrate gel". Journal of Alloys and Compounds 430 (1–2): 339–343. doi:10.1016/j.jallcom.2006.05.023
  61. ^ U.S. Patent 6.409.938
  62. ^ urednici GIA (1995). GIA Gem Reference Guide, Gemological Institute of America ISBN 0-87311-019-6.
  63. ^ Kiss, Z. J.; Pressley, R. J. (oktobar 1966). "Crystalline solid lasers". Proceedings of the IEEE 54: 1236–1248, IEEE. issn: 0018-9219. Pristupljeno dana 16.8.2008. 
  64. ^ Kong, J., Tang, D. Y.; Zhao, B.; Lu, J.; Ueda, K.; Yagi, H.; Yanagitani, T. (2005). "9.2-W diode-pumped Yb:Y2O3 ceramic laser". Applied Physics Letters 86 (16): 116. doi:10.1063/1.1914958
  65. ^ Tokurakawa, M., Takaichi, K.; Shirakawa, A.; Ueda, K.; Yagi, H.; Yanagitani, T.; Kaminskii, A. A. (2007). "Diode-pumped 188 fs mode-locked Yb3+:Y2O3 ceramic laser". Applied Physics Letters 90 (7): 071101. doi:10.1063/1.2476385
  66. ^ Golubović, Aleksandar V.; Nikolić, Slobodanka N.; Gajić, Radoš; Đurić, Stevan; Valčić, Andreja (2002). "The growth of Nd: YAG single crystals". Journal of the Serbian Chemical Society 67 (4): 91–300. doi:10.2298/JSC0204291G
  67. ^ urednici PIDC. "Rare Earth metals & compounds". Pacific Industrial Development Corporation. Pristupljeno URL adresi dana 26.8.2008.
  68. ^ Jessica Berg. Cubic Zirconia. Emporia State University. Učitano: 26.8.2008.
  69. ^ Adams, Gregory P. et al. (2004). "A Single Treatment of Yttrium-90-labeled CHX-A–C6.5 Diabody Inhibits the Growth of Established Human Tumor Xenografts in Immunodeficient Mice". Cancer Research 64 (17): 6200–6206. doi:10.1158/0008-5472.CAN-03-2382
  70. ^ Fischer, M., Modder, G. (2002). "Radionuclide therapy of inflammatory joint diseases". Nuclear Medicine Communications 23 (9): 829–831. doi:10.1097/00006231-200209000-00003
  71. ^ Gianduzzo, Troy, et.al. (2008). "Laser robotically assisted nerve-sparing radical prostatectomy: a pilot study of technical feasibility in the canine model". BJU International 102 (5): 598–602. doi:10.1111/j.1464-410X.2008.07708.x
  72. ^ Thomas Sheahen (1994): Introduction to High-Temperature Superconductivity, Springer, 1994, ISBN 978-0-306-44793-8, str 142.
  73. ^ Yttrium Barium Copper Oxide – YBCO. Imperial College. Učitano: 20.12.2009.
  74. ^ urednici NIOSH (septembar 2005). Yttrium; NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. National Institute for Occupational Safety and Health. Učitano: 3.8.2008.

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • van der Krogt, Peter (5.5.2005). 39 Yttrium. Učitano: 6.8.2008.
  • Daane, A. H. (1968). “Yttrium”, The Encyclopedia of the Chemical Elements, 810–821, New York: Reinhold Book Corporation.
  • Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements, 2., Oxford: Butterworth-Heinemann ISBN 0-7506-3365-4.
  • Emsley, John (2001). “Yttrium”, Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements, 495–498, Oxford, Engleska: Oxford University Press ISBN 0-19-850340-7.
  • Gadolin, Johan (1794). "Undersökning af en svart tung Stenart ifrån Ytterby Stenbrott i Roslagen". Kongl. Vetenskaps Academiens Nya Handlingar 15: 137–155.
  • Stwertka, Albert (1998). “Yttrium”, Guide to the Elements, 115–116, Oxford University Press ISBN 0-19-508083-1.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: