- Yttrium
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Eigenschaften Allgemein Name, Symbol, Ordnungszahl Yttrium, Y, 39 Serie Übergangsmetalle Gruppe, Periode, Block 3, 5, d Aussehen silbrig weiß CAS-Nummer 7440-65-5 Massenanteil an der Erdhülle 26 ppm[1] Atomar [2] Atommasse 88,90585 u Atomradius (berechnet) 180 (212) pm Kovalenter Radius 190 pm Elektronenkonfiguration [Kr] 4d1 5s2 1. Ionisierungsenergie 600 kJ/mol 2. Ionisierungsenergie 1180 kJ/mol 3. Ionisierungsenergie 1980 kJ/mol Physikalisch [2] Aggregatzustand fest Kristallstruktur hexagonal Dichte 4,472 g/cm3 Magnetismus paramagnetisch (χm = 1,2 · 10−4)[3] Schmelzpunkt 1799 K (1526 °C) Siedepunkt 3609 K (3336 °C) Molares Volumen 19,88 · 10−6 m3/mol Verdampfungswärme 380 kJ/mol Schmelzwärme 11,4 kJ/mol Schallgeschwindigkeit 3300 m/s bei 293,15 K Elektrische Leitfähigkeit 1,66 · 106 A/(V · m) Wärmeleitfähigkeit 17 W/(m · K) Chemisch [2] Oxidationszustände +3 Oxide (Basizität) Y2O3 (schwach basisch) Normalpotential −2,37 V (Y3+ + 3 e− → Y) Elektronegativität 1,22 (Pauling-Skala) Isotope Isotop NH t1/2 ZM ZE (MeV) ZP 87Y 79,8 h ε 1,862 87Sr 88Y 106,65 d ε 3,623 88Sr 89Y 100 %
Stabil 90Y 64,10 h β− 2,282 90Zr 91Y 58,51 d β− 1,544 91Zr Weitere Isotope siehe Liste der Isotope NMR-Eigenschaften Sicherheitshinweise GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [4] Pulver
Gefahr
H- und P-Sätze H: 228-250-302-312-332 EUH: keine EUH-Sätze P: 210-222-231-280-422 [4] Gefahrstoffkennzeichnung [5] Pulver
Leicht-
entzündlich(F) R- und S-Sätze R: 11 S: 7/9-16-33 Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.Yttrium [ˈʏtriʊm] ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Y und der Ordnungszahl 39. Es zählt zu den Übergangsmetallen sowie den Seltenerdmetallen, im Periodensystem steht es in der 5. Periode sowie der 3. Nebengruppe (Gruppe 3) oder Scandiumgruppe. Yttrium ist nach dem ersten Fundort, der Grube Ytterby bei Stockholm, benannt, wie auch Ytterbium, Terbium und Erbium.
Inhaltsverzeichnis
Geschichte
Yttrium (von Ytterby, Grube in der Nähe der schwedischen Hauptstadt Stockholm) wurde 1794 von Johan Gadolin im Mineral Ytterbit entdeckt. 1824 stellte Friedrich Wöhler verunreinigtes Yttrium durch Reduktion von Yttriumchlorid mit Kalium her. Erst 1842 gelang Carl Gustav Mosander die Trennung des Yttriums von den Begleitelementen Erbium und Terbium.
Vorkommen
Yttrium kommt in der Natur nicht im elementaren Zustand vor. Yttriumhaltige Minerale (Yttererden) sind immer verschwistert mit anderen Seltenerdmetallen. Auch in Uranerzen kann es enthalten sein. Kommerziell abbauwürdig sind Monazitsande mit bis zu 3 % Yttrium sowie Bastnäsit mit 0,2 % Yttrium. Weiterhin ist es der Hauptbestandteil des Xenotim (Y[PO4]).
Große Monazitvorkommen, die Anfang des 19. Jahrhunderts in Brasilien und Indien entdeckt und ausgebeutet wurden, machten diese beiden Länder zu den Hauptproduzenten von Yttriumerzen. Erst die Eröffnung der Mountain Pass Mine in Californien, die bis in die 1990er Jahre große Mengen an Bastnäsit förderte, machte die USA zum Hauptproduzenten von Yttrium, obwohl der dort abgebaute Bastnäsit nur wenig Yttrium enthält. Seit der Schließung dieser Mine ist China mit 60 % der größte Produzent für Seltene Erden. Diese werden in einer Mine nahe Bayan Kuang, deren Erz Xenotim enthält, und aus ionenabsorbierenden Tonmineralen, die vor allem im Süden Chinas abgebaut werden, gewonnen.
Gewinnung und Darstellung
Die Trennung der Seltenen Erden voneinander ist ein aufwändiger Schritt in der Produktion von Yttrium. Fraktionierte Kristallisation von Salzlösungen war zu Anfang die bevorzugte Methode, diese wurde schon früh für die Trennung der seltenen Erden im Labormaßstab verwendet. Erst die Einführung der Ionenchromatographie machte es möglich, die seltenen Erden im industriellen Maßstab zu trennen.
Das aufkonzentrierte Yttriumoxid wird umgesetzt zum Fluorid. Die anschließende Reduktion zum Metall erfolgt mit Calcium im Vakuuminduktionsofen.
Eigenschaften
Yttrium, im Hochvakuum sublimiert, hochrein
Yttrium ist an der Luft relativ beständig, dunkelt aber unter Licht. Bei Temperaturen oberhalb von 400 °C können sich frische Schnittstellen entzünden. Fein verteiltes Yttrium ist relativ unbeständig. Yttrium hat einen niedrigen Einfangquerschnitt für Neutronen.
In seinen Verbindungen ist es meist dreiwertig. Es gibt jedoch auch Clusterverbindungen, in denen Yttrium Oxidationsstufen < 3 annehmen kann.
Isotope
Es sind insgesamt 32 Isotope zwischen 76Y und 108Y, sowie weitere 24 Kernisomere bekannt. Von diesen ist nur eines 89Y, aus dem auch natürliches Yttrium ausschließlich besteht, stabil. Es handelt sich damit bei Yttrium um eines von 22 Reinelementen. Die stabilsten Radioisotope sind 88Y mit einer Halbwertszeit von 106,65 Tagen und 91Y mit einer Halbwertszeit von 58,51 Tagen. Alle anderen Isotope haben eine Halbwertszeit unter einem Tag, mit Ausnahme 87Y, welches eine Halbwertszeit von 79,8 Stunden hat und 90Y mit 64 Stunden.[6] Yttrium-Isotope gehören zu den häufigsten Produkten der Spaltung des Urans in Kernreaktoren und bei nuklearen Explosionen.
Verwendung
Metallisches Yttrium wird in der Reaktortechnik für Rohre verwendet. Eine Yttrium-Cobalt-Legierung kann als Permanentmagnet genutzt werden. Yttrium findet als Material für Heizdrähte in Ionenquellen von Massenspektrometern Verwendung. In der Metallurgie werden geringe Yttriumzusätze zur Kornfeinung eingesetzt, zum Beispiel in Eisen-Chrom-Aluminium-Heizleiterlegierungen, Chrom-, Molybdän-, Titan- und Zirconiumlegierungen. In Aluminium- und Magnesiumlegierungen wirkt es festigkeitssteigernd. Technisch wichtiger sind die oxidischen Yttriumverbindungen:
- Yttrium-Nitrat als Beschichtungsmaterial in einem Glühstrumpf
- Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dient als Laserkristall
- Yttrium-Eisengranat (YIG) als Mikrowellenfilter
- Yttrium stabilisiertes Zirconiumdioxid als Festelektrolyt in Brennstoffzellen (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)
Die wichtigste Verwendung der Yttriumoxide und Yttriumoxidsulfide sind jedoch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in mit dreiwertigem Europium (rot) und Thulium (blau) dotierten Luminophoren (Leuchtstoffen) in Fernsehbildröhren, Leuchtstofflampen und Radarröhren.
Des Weiteren werden Yttrium-Keramiken und -Legierungen eingesetzt in:
- Lambda-Sonden
- Supraleitern (z. B. Yttrium-Barium-Kupferoxid YBa2Cu3O7–x)
- ODS-Legierungen
- Zündkerzen
Als reiner Beta-Strahler wird 90Yttrium in der Nuklearmedizin zur Therapie eingesetzt, zum Beispiel zur Radiosynoviorthese.
Biologie
Yttrium gilt als nicht essentiell und giftig (MAK-Wert = 5 mg/m3).
Verbindungen
- Yttriumoxid Y2O3
- Yttrium-Aluminium-Granat Y3Al5O12
- Yttrium-Eisen-Granat Y3Fe5O12
- Yttriumhydrid YH3 (CAS: 13598-57-7, thermisch stabiles Hydrid für die Kerntechnik) und YH2 (CAS: 13598-35-1)
- Yttriumfluorid YF3
- Yttriumchlorid YCl3
- Yttriumbromid YBr3 (CAS: 13649-98-2)
- Yttriumiodid YI3 (CAS: 13470-38-7)
- Yttriumsulfid Y2S3
Einzelnachweise
- ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
- ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Yttrium) entnommen.
- ↑ Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
- ↑ a b Datenblatt Yttrium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011.
- ↑ Eintrag zu Yttrium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. März 2008 (JavaScript erforderlich).
- ↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. In: Nuclear Physics. 2003, Bd. A 729, S. 3–128.
Weblinks
Commons: Yttrium – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
Wiktionary: Yttrium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, ÜbersetzungenKategorien:- Gesundheitsschädlicher Stoff
- Feuergefährlicher Stoff
- Gruppe-3-Element
- Übergangsmetall
- Seltenerdmetall
- Leichtmetall
- Periode-5-Element
- Chemisches Element
- Hexagonales Kristallsystem
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