Yttrium
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Name,Symbol,Ordnungszahl | Yttrium, Y, 39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elementkategorie | Übergangsmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe,Periode,Block | 3,5,d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | silbrig weiß | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS-Nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| EG-Nummer | 231-174-8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ECHA-InfoCard | 100.028.340 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massenanteil an derErdhülle | 26 ppm (32. Rang)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomar[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atommasse | 88,90584(1)[3]u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius(berechnet) | 180 (212)pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 190 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Kr] 4d15s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1.Ionisierungsenergie | 6.21726(10)eV[4]≈599.87kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 12.2236(6) eV[4]≈1179.4 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 20.52441(12) eV[4]≈1980.3 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. Ionisierungsenergie | 60.6072(25) eV[4]≈5847.7 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5. Ionisierungsenergie | 75.35(4) eV[4]≈7270 kJ/mol[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalisch[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte | 4,472 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetismus | paramagnetisch(χm= 1,2 · 10−4)[6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1799K(1526 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 3203 K[7](2930 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molares Volumen | 19,88 · 10−6m3·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungsenthalpie | 390 kJ·mol−1[7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzenthalpie | 11,4 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 3300 m·s−1bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 1,66 · 106S·m−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 17W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemisch[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalpotential | −2,37V(Y3++ 3 e−→ Y) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,22 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Weitere Isotope sieheListe der Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NMR-Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yttrium[] ist einchemisches Elementmit demElementsymbolY und derOrdnungszahl39. Es zählt zu denÜbergangsmetallensowie denSeltenerdmetallen,imPeriodensystemsteht es in der 5.Periodesowie der 3.Nebengruppe,bzw. der 3.IUPAC-GruppeoderScandiumgruppe.Yttrium ist nach dem ersten Fundort, derGrube YtterbybeiStockholm,benannt, wie auchYtterbium,TerbiumundErbium.
Geschichte
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Yttrium wurde 1794 vonJohan GadolinimMineralYtterbitentdeckt. 1824 stellteFriedrich Wöhlerverunreinigtes Yttrium durch Reduktion von Yttriumchlorid mit Kalium her. Erst 1842 gelangCarl Gustav Mosanderdie Trennung des Yttriums von den Begleitelementen Erbium und Terbium.
Vorkommen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Yttrium kommt in der Natur nicht im elementaren Zustand vor. YttriumhaltigeMinerale(Yttererden) sind immer verschwistert mit anderen Seltenerdmetallen. Auch in Uranerzen kann es enthalten sein. Kommerziell abbauwürdig sindMonazitsande,die bis zu 3 % Yttrium enthalten, sowieBastnäsit,der 0,2 % Yttrium enthält. Weiterhin ist es der Hauptbestandteil desXenotim(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 derMountain Pass Minein Kalifornien, die bis in die 1990er Jahre große Mengen an Bastnäsit förderte, machte dieUSAzum Hauptproduzenten von Yttrium, obwohl der dort abgebaute Bastnäsit nur wenig Yttrium enthält. Seit der Schließung dieser Mine istChinamit 60 % der größte Produzent für Seltene Erden. Diese werden in einer Mine naheBayan Kuanggewonnen, derenErzXenotim enthält, und aus ionenabsorbierendenTonmineralen,die vor allem im Süden Chinas abgebaut werden.
Gewinnung und Darstellung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Die Trennung derSeltenen Erdenvoneinander ist ein aufwändiger Schritt in der Produktion von Yttrium.Fraktionierte Kristallisationvon Salzlösungen war zu Anfang die bevorzugte Methode, diese wurde schon früh für die Trennung der seltenen Erden im Labormaßstab verwendet. Erst die Einführung derIonenchromatographiemachte es möglich, die seltenen Erden im industriellen Maßstab zu trennen.
Das aufkonzentrierteYttriumoxidwird umgesetzt zumFluorid.Die anschließendeReduktionzumMetallerfolgt mitCalciumimVakuuminduktionsofen.
DerUSGSschätzte die Jahresproduktion für 2020 auf 8.000 bis 12.000 t Yttriumgehalt. Der Abbau erfolgte großteils in China und Myanmar. In der Mountain Pass Mine in Kalifornien wird seit 1. Quartal 2018 wieder Yttriumerz abgebaut, nachdem die Mine im 4. Quartal 2015 stillgelegt worden war. Die globalen Reserven von Yttriumoxid werden auf mehr als 500.000 Tonnen geschätzt.[9]Der Preis für Yttriumoxid mit einerReinheitvon 99,999 % stieg von 25–27USDje kg im Jahre 2010 auf 136–141 USD im Jahr 2011 und fiel bis 2013 wieder auf 23–27 USD.[10]Im August 2015 lag der Preis bei ca. 5,5 USD je kg.[11]
Eigenschaften
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Yttrium ist an derLuftrelativ beständig, dunkelt aber unter Licht. Bei Temperaturen oberhalb von 400°Ckönnen sich frische Schnittstellen entzünden. Fein verteiltes Yttrium ist relativ unbeständig. Yttrium hat einen niedrigenEinfangquerschnittfürNeutronen.
In seinen Verbindungen ist es meist dreiwertig. Es gibt jedoch auch Clusterverbindungen, in denen Yttrium Oxidationsstufen unter 3 annehmen kann. Yttrium zählt zu denLeichtmetallen.
Isotope
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Es sind insgesamt 32Isotopezwischen76Y und108Y sowie weitere 24Kernisomerebekannt. Von diesen ist nur89Y, aus dem auch natürliches Yttrium ausschließlich besteht, stabil. Es handelt sich damit bei Yttrium um eines von 22Reinelementen.Die stabilsten Radioisotope sind88Y mit einerHalbwertszeitvon 106,65 Tagen und91Y mit einer Halbwertszeit von 58,51 Tagen. Alle anderen Isotope haben eine Halbwertszeit unter einem Tag, mit Ausnahme von87Y, welches eine Halbwertszeit von 79,8 Stunden hat, und90Y mit 64 Stunden.[12]Yttrium-Isotope gehören zu den häufigsten Produkten der Spaltung des Urans in Kernreaktoren und bei nuklearen Explosionen.
Verwendung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Metallisches Yttrium wird in der Reaktortechnik für Rohre verwendet. Die Legierung mitCobaltYCo5kann alsSeltenerdmagnetgenutzt werden. Yttrium findet als Material für Heizdrähte in Ionenquellen vonMassenspektrometernVerwendung. In derMetallurgiewerden geringe Yttriumzusätze zurKornfeinungeingesetzt, zum Beispiel in Eisen-Chrom-Aluminium-Heizleiterlegierungen,Chrom-, Molybdän-, Titan- und Zirconiumlegierungen. In Aluminium- und Magnesiumlegierungen wirkt es festigkeitssteigernd. Die Dotierung vonLithium-Eisenphosphat-Akkumulatorenmit Yttrium steigert deren Leistung und Haltbarkeit.
Technisch wichtiger sind die oxidischen Yttriumverbindungen:
- Yttriumnitratals Beschichtungsmaterial fürGlühstrümpfe
- Yttrium-Aluminium-Granat(YAG) dient alsLaserkristall
- Yttrium-Eisen-Granat(YIG) alsMikrowellenfilter
- Yttrium-stabilisiertesZirconiumdioxidalsFestelektrolytinBrennstoffzellen(SOFC,Solid Oxide Fuel Cell)
- YInMn-Blauist ein Mischoxid aus Yttrium-, Indium- und Manganoxiden, das ein sehr reines und brillantes Blau zeigt
Die wichtigste Verwendung der Yttriumoxide und Yttriumoxidsulfide sind jedoch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in mit dreiwertigemEuropium(rot) undThulium(blau) dotiertenLuminophoren(Leuchtstoffen) in FernsehbildröhrenundLeuchtstofflampen.
Des Weiteren werden Yttrium-Keramikenund -Legierungeneingesetzt in:
- Lambda-Sonden
- Supraleitern(z. B.Yttrium-Barium-KupferoxidYBa2Cu3O7–x)
- ODS-Legierungen
- Zündkerzen
Als reinerBetastrahlerwird90Y in derNuklearmedizinzur Therapie eingesetzt, zum Beispiel zurRadiosynoviorthese,derRadionuklidtherapie von Knochenmetastasen,derRadioimmuntherapieund beimKolorektalen Karzinom.[13]
Biologie und Toxizität
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Yttrium gilt nicht als essentielles Spurenelement. Die toxischen Eigenschaften des metallischen Yttriums führen nicht zu einer Einstufung als gefährlicher Stoff. EinArbeitsplatzgrenzwertfür Yttrium ist nicht festgelegt.[8]DieOccupational Safety and Health Administration(OSHA) empfiehlt einenMAK-Wertvon 1 mg/m3bei einer Expositionsdauer von 8 Stunden.[14]
Verbindungen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- YttriumoxidY2O3
- Yttrium-Aluminium-GranatY3Al5O12
- Yttrium-Eisen-GranatY3Fe5O12
- YttriumhydridYH3(thermisch stabiles Hydrid für die Kerntechnik) und YH2(CAS-Nummer:13598-35-1)
- YttriumfluoridYF3
- YttriumchloridYCl3
- YttriumbromidYBr3
- YttriumiodidYI3
- YttriumsulfidY2S3
- NatriumyttriumsulfatNaY[SO4]2• H2O (als Mineral mit dem Namen Chinleit-(Y)[15])
Weblinks
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Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑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, auswebelements (Yttrium)entnommen.
- ↑IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights:Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised.In:Chemistry International.40, 2018, S. 23,doi:10.1515/ci-2018-0409.
- ↑abcdeEintrag zuyttriumin Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019):NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1).Hrsg.:NIST,Gaithersburg, MD.doi:10.18434/T4W30F(physics.nist.gov/asd).Abgerufen am 11. Juni 2020.
- ↑abcdeEintrag zuyttriumbeiWebElements,webelements,abgerufen am 11. Juni 2020.
- ↑Robert C. Weast (Hrsg.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9,S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
- ↑abYiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.In:Journal of Chemical & Engineering Data.Band 56, 2011, S. 328–337,doi:10.1021/je1011086.
- ↑abcEintrag zuYttriumin derGESTIS-StoffdatenbankdesIFA,abgerufen am 30. April 2017.(JavaScript erforderlich)
- ↑U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: YTTRIUM.
- ↑ MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2015.(PDF 2,3 MB, S. 185–186 (182–183))USGS,abgerufen am 6. September 2015(englisch).
- ↑ Japanese yttrium oxide price keeps steady.asianmetal, 6. September 2015,abgerufen am 6. September 2015(englisch).
- ↑G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra:The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties(vom 24. Februar 2014 imInternet Archive).(PDF; 1,0 MB). In:Nuclear Physics.Bd. A 729, 2003, S. 3–128.
- ↑E. Janowski, O. Timofeeva, S. Chasovskikh, M. Goldberg, A. Kim, F. Banovac, D. Pang, A. Dritschilo, K. Unger:Yttrium-90 radioembolization for colorectal cancer liver metastases in KRAS wild-type and mutant patients: Clinical and ccfDNA studies.In:Oncol Rep.Band 37, Nr. 1, Jan 2017, S. 57–65.PMID 28004119
- ↑Yttrium.In: Occupational Safety and Health Administration (Hrsg.):Permissible Exposure Limits.Annotated Table Z-1. (osha.gov[abgerufen am 11. März 2019]).
- ↑ Constantin Buyer, David Enseling, Thomas Jüstel, Thomas Schleid:Hydrothermal Synthesis, Crystal Structure, and Spectroscopic Properties of Pure and Eu3+-Doped NaY[SO4]2∙ H2O and Its Anhydrate NaY[SO4]2.In:Crystals.Band11,Nr.6,2021,S.575,doi:10.3390/cryst11060575(englisch).