иттрий

ИТТРИЙ (от назв. селения Иттербю, Ytterby в Швеции; лат. Yttrium) Y

хим. элемент III гр. периодической 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 некоторых 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 °C устойчива α-форма: решетка гексагональная типа Mg, a = 0,36474 нм, с = 0,57306 нм, z = 2, пространственная группа P6₃/mmc; рентгеновская плотн. 4,472 г/см³, измеренная — 4,45 г/см³. Выше 1482 °C устойчива р-форма: решетка кубическая типа α-Fe, а = 0,408 нм, z = 2, пространственная группа Im3m; ΔH⁰ перехода α : β 4,98 кДж/моль. Т. пл. 1528 °C, т. кип. ок. 3320 °C; С⁰_p 26,52 Дж/(моль∙К); ΔH⁰_пл 11,32 кДж/моль, ΔH⁰_возг 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; ρ 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 °C.

На воздухе И. покрывается тонкой устойчивой пленкой оксидов, при 370–425 °C образуется черная плотно пристающая оксидная пленка; интенсивное окисление начинается выше 760 °C. Компактный металл медленно окисляется кислородом воздуха в кипящей воде, легко реагирует с минеральными кислотами и медленно с уксусной кислотой, относительно инертен к фтористоводородной кислоте. И. взаимод. с H₂ при 315–1540 °C, образуя гидриды разл. состава. При 760 °C 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) Y₂O₃ — бесцветные кристаллы; при обычном давлении существует в двух кристаллич. модификациях: с кубич. решеткой типа Tl₂O₃ (а = 1,061 нм, z = 16, пространственная группа Iа3) и с гексагональной (а = 0,381 нм, с = 0,609 нм, z = 1, пространственная группа ); температура полиморфного перехода 2277 °C, ΔH⁰ перехода ок. 54 кДж/моль; при 3,5 МПа и 550 °C образуется моноклинная модификация; т. пл. 2430 °C, т. кип. ок. 4300 °C; измеренная плотн. 4,85 г/см³, рентгеновская — 5,02; С⁰_p 102,5 Дж/(моль∙К); ΔH⁰_обр −1905 кДж/моль, ΔH⁰_пл 83 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 99,16 Дж/(моль∙К); практически не раств. в воде; раств. в минер. кислотах. Получают оксид разложением нитрата, оксалата, карбоната или др. соед. И. на воздухе, обычно при 800–1000 °C. 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 Eu, — 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 температурой 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, пространственная группа Рттт); получают спеканием Y₂O₃, BaO и CuO при 950–1100 °C в атмосфере O₂, методами криохим. технологии и др.

Трифторид YF₃ — бесцветные кристаллы; существует в двух модификациях: с ромбич. решеткой типа Fe₃C (a = 0,6367 нм, b = 0,6859 нм, с = 0,4394 нм, z = 4, пространственная группа Рпта; рентгеновская плотн. 5,069 г/см³) до 1077 °C и гексагональной (а = 0,412 нм, с = 0,423 нм, z = 1, пространственная группа Р3т1) выше 1077 °C; т. пл. 1155 °C, т. кип. 2230 °C; С⁰_p 94,9 Дж/(моль∙К); ΔH⁰_обр −1718 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 100 Дж/(моль∙К); образует кристаллогидраты. Получают гидраты осаждением из растворов солей И. при действии фтористоводородной кислоты, безводную соль обезвоживанием гидратов, взаимод. Y₂O₃ с газообразным HF или F₂, разложением фтораммонийных комплексов при 400–500 °C. Используют при получении И. металлотермич. способом; Li[YF₄], легированный Но, — лазерный материал.

Трихлорид YCl₃ — бесцв. гигроскопичные кристаллы с моноклинной решеткой типа AlCl₃ (а = 0,692 нм, b = 1,192 нм, с = 0,644 нм, β = 111,0°, z = 4, пространственная группа С2/m); т. пл. 721 °C, т. кип. 1482 °C; измеренная плотн. 2,8 г/см³ (18 °C), рентгеновская 2,61 г/см³; С⁰_p 92,1 Дж/(моль∙К); ΔH⁰_обр −1000 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 113 Дж/(моль∙К); хорошо раств. в воде; образует кристаллогидраты. Получают взаимод. смеси Cl₂ и CCl₄ с Y₂O₃ или Y₂(C₂O₄)₃ выше 200 °C, хлорированием И. выше 100 °C 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 pH 6,5–7,0). Подвергается старению; в присутствии CO₂ превращ. в гидратированные основные карбонаты И.

Водорастворимые соли И. — хлорид, нитрат, перхлорат, сульфат, ацетат, формиат и др. при упаривании раствора выделяются в форме кристаллогидратов, напр.: Y(NO₃)₃.6H₂O, Y₂(SO₄)₃.8H₂O. В разб. водных растворах соли И. гидролизуются с образованием основных солей. При прокаливании солей кислородсодержащих кислот они переходят в оксид. Важнейшие комплексные соед. И. — нитраты, сульфаты, хлориды, фториды, β-дикетонаты и др. Соед. с монодентатными лигандами малоустойчивы и в растворах обычно полностью диссоциируют. Однако полидентатные лиганды (комплексоны, гидроксикислоты, β-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 Tb 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 обменом.

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, Ta, упрочняет титановые, медные и др. сплавы, входит в состав сплавов на основе Mg и Al, 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 генераторов. Ортованадат и оксисульфид И., активированные Eu, — красные люминофоры для цветного телевидения, оксисульфид, активированный Tb, — люминофор для мед. диагностики, алюминат И. — лазерный материал.

В 1794 Ю. Гадолин выделил из минерала иттербита оксид элемента, который он назвал И. Однако в 1843 К. Мосандер показал, что этот оксид на самом деле является смесью оксидов Y, Er и Tb, 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}