Yttrium

Strontium←Yttrium→Zirkonium Sc ↑ Y ↓ Lu Koko taulukko
Yleistä
Nimi	Yttrium
Tunnus	Y
Järjestysluku	39
Luokka	siirtymämetallit
Lohko	d-lohko
Ryhmä	3
Jakso	5
Tiheys	4,469· 103kg/m3
Väri	hopean valkea
Löytövuosi, löytäjä	1794,Johan Gadolin
Atomiominaisuudet
Atomipaino(Ar)	88,90584(1)
Atomisäde,mitattu (laskennallinen)	180 (212)pm
Kovalenttisäde	162 pm
Orbitaalirakenne	[Kr] 4d15s2
Elektronejaelektronikuorilla	2, 8, 18, 9, 2
Hapetusluvut	+III
Kiderakenne	heksagonaalinen tiivispakkaus (HCP)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto	kiinteä
Sulamispiste	1 796K(1 523°C)
Kiehumispiste	3 610 K (3 337°C)
Höyrystymislämpö	363kJ/mol
Sulamislämpö	11,40kJ/mol
Äänen nopeus	3300m/s293 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus	1,22(Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti	0,298 kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus	1,8*106S/m
Lämmönjohtavuus	17,2W/(m·K)
CAS-numero	7440-65-5
Tiedotnormaalilämpötilassa ja -paineessa

Yttrium(lat.yttrium) onmaametalleihinkuuluvametallimainenalkuaine. Se onjaksollisessa järjestelmässä39.alkuaine.Sen tiheys huoneenlämmössä on 4,47×10³ kg/m³. Sen sulamispiste on 1 796 K,kemiallinen merkkiY jaatomipaino88,91. Alkuaineen löysi suomalainen kemistiJohan Gadolinvuonna 1794. Yttrium on nimetty ruotsalaisen kylänYtterbynmukaan.

Yttriumia käytetään yleisesti lasereissa sekä suprajohteissa. Tämän lisäksi sitä voidaan käyttää muiden metallien vahvistamiseen sekä fosforin kanssa punaisen värin tuottamiseen televisioihin ja tietokonenäyttöihin.

Ominaisuudet

Yttriumia

Metallinen yttrium on väriltään hopeanvalkoista, ja sen pinta on kirkas, kuten muillakin metalleilla. Siitä voidaan valmistaa myös tummanharmaata tai mustaa jauhetta. Senkiderakenneon heksagoninen. Sen sulamispiste on 1 796 kelviniä ja kiehumispiste 3 610 kelviniä. Yttrium on kovaa, kestää kulutusta eikä ruostu. Se johtaa hyvin sähköä.

Yttrium on kemiallisilta ominaisuuksiltaan muiden maametallien kaltainen. Se esiintyy luonnossa ionina Y³⁺

Historia

Tarina yttriumin löytymisestä alkaa vuonna1787Ytterbyn kaivoksesta,joka sijaitsiRuotsissa,Vaxholminkunnan Resarön saaressa, ja josta hankittiin paikalliselle keramiikkateollisuudelle korkealaatuista raaka-ainetta. Harrastelijageologi luutnanttiCarl Axel Arrhenius,Vaxholmin varuskunnasta, huomasi tutkiessaan mineraaleja kyseisessä kaivoksessa, ettäpegmatiitinlohkeamassakvartsinjamaasälvänpäällä oli jotain hiilenkaltaista mustaa, mutta raskasta ainetta. Hän ajatteli aineen sisältävän juuri löydettyä uutta alkuainettavolframia.Arrhenius kutsui mustaamineraaliaytterbiitiksi Ytterbyn kaivoksen mukaan ja lähetti siitä näytteitä muutamille tutkijoille.

Tukholmalainen kaivostarkastajaBengt Reinhold Geijer(1758–1815) suoritti Arrheniuksen ottamalle mineraalinäytteelle karkean analyysin. Hän totesi, että näyte sisältää rautaa ja arveli, että se saattaisi sisältää myösvolframia.Kokenut kemistiSven Rinman(1720–1792) ei myöskään pystynyt sen paremmin analysoimaan näytettä.

Arrhenius kuitenkin toimitti näytteen mineraalistaTurun akatemiankemian professorilleJohan Gadolinille,joka oli aikaisemmin työskennellyt kemian professorinaUppsalan yliopistossa.Gadolinin huolelliset tutkimukset osoittivat, että mineraalissa oli uusi, alumiini- ja kalsiumoksidia muistuttava maametallioksidi. Vuonna 1794 Gadolin totesikin, että näyte sisältää todennäköisemmin:

”31 osaa piioksidia, 19 osaa alumiinioksidia, 12 osaa rautaoksidia ja 38 osaa tuntematonta maametallioksidia.”_{-Johan Gadolin 1794}

Ruotsalainen kemistiAnders Gustaf Ekebergvahvisti Gadolinin tulokset tuntemattomasta maametallioksidista vuonna1797.Ekeberg ehdotti uudelle maametallioksidille nimeä yttria, ja siten uusi metalli nimettiin yttriumiksiYtterbynkylän mukaan.

Gadolin suoritti tarkkoja kokeita yttrialle (yttriumoksidi) ja havaitsi, että sen sulamispiste on korkea jabooraksinkanssa se muodosti väritöntä lasia (nämä ovatharvinaisille maametalleilletyypillisiä ominaisuuksia).

Gadolin ja Ekeberg eivät huomanneet, että heidän ensimmäiset analyysinsa mineraalinäytteestä olivat virheellisiä. Aine, jota kumpikin piti alumiinioksidina, olikin itse asiassaberylliumoksidia.Berylliuminlöysikin virallisesti ranskalainen kemistiLouis Nicolas Vauquelinvuonna1798.Myöhemmin Ekeberg vahvisti, että heidän tutkimassaan näytteessä olikin alumiinioksidin tilalla berylliumoksidia.

Yttriumin löytö merkitsi kuitenkin alkusysäystä muiden harvinaisten maametallien etsimiselle, sillä vuonna1843C. G. Mosanderhuomasi, ettei Gadolinin löytö ollut puhdas aine vaan seos. Yttriumoksidin lisäksi näyte sisälsi harvinaisten maametallien oksideja. Mosander itse löysiterbiuminjaerbiumin.Myöhemmin todettiin, että myöskään Mosanderin löytämät aineet eivät olleet puhtaita, vaan niistä löytyi vielä kuutta muuta eri alkuainetta:ytterbium,skandium,tulium,holmium,dysprosiumjalutetium.Nämä metallit löydettiin erikseen myöhempinä vuosina.

Johan Gadolinia pidetään kuitenkin henkilönä, joka ensimmäisenä löysi yttrium-alkuaineen. Hän myös on ainoasuomalainen,joka on ensimmäisenä maailmassa löytänyt uuden alkuaineen.

Vuonna1800Martin Klaprothuudelleen nimesikin Arrheniuksen löytämän ja nimeämän ytterbiittimineraalingadoliniitiksiJohan Gadolinin kunniaksi. Gadoliniitti on kemialliselta koostumukseltaan Y₂FeBe₂Si₂O₁₀(yttrium-rauta-berylliumsilikaattimineraali). Vuonna1880sveitsiläinen kemistiJean Charles Galissard de Marignactutki gadoliniittimineraalia ja havaitsi spektroskopiatutkimuksissaan todisteita uudesta alkuaineesta, jota vuodesta1886eteenpäin kutsuttaisiingadoliniumiksi(kem. lyhenne Gd).

Vuonna1828berliiniläinenkemistiFriedrich Wöhleronnistui erottamaan yttriummetallin raakamuodossa. Vuonna1953Frank SpeddingIowanAmes-laboratoriosta tuotti erittäin puhdasta yttriumia ioninvaihtotekniikalla.

Yttriumjauhe saattaa räjähtää hapen vaikutuksesta korkeissa lämpötiloissa. Laboratoriokokeissa on havaittu, että suuret annokset yttriumia ovat myrkyllisiä rotille.

Esiintyminen ja erotus

Yttriumia esiintyylantanidienmineraaleissa.Sitä ei esiinny luonnossa lähes koskaan metallisena, ja tutkimuksessa käytetään valkoistayttriumoksidia(Y₂O₃tai yttriumfluoridia (YF₃). Yttriumia on kohtalaisen paljon maaperässä (yhtä paljon kuinkupariataisinkkiä). Keskimäärin yttriumia on maaperässä 33ppm.Yttrium esiintyy muiden maametallien kanssa, tärkein mineraali onmonatsiitti,jossa on keskimäärin 3 % yttriumia. Tätä löytyy monista paikoista maapallolta, muun muassa Brasiliasta, Yhdysvalloista, Australiasta ja Kanadasta. Suomessakin on vielä 1980-luvulle asti erotettuapatiitistayttriumia, muttaKemiralopetti sen kannattamattomana. Muita hyvin tärkeitä yttriumia sisältäviä mineraaleja ovatksenotiimijagadoliniitti.Sata grammaa puhdasta yttriumia maksaa noin 150 euroa.

Yttriumin erotus muista kemiallisilta ominaisuuksiltaan samankaltaisista harvinaisista maametalleista on vaikeaa. 1950-luvulle asti menetelmänä käytettiinioninvaihtoa,joka perustuikelatoiviinyhdisteisiin kutenEDTA:hanjaDCTA:han.Tämän menetelmän on sittemmin korvannut liuotinuutto tai prosessi, jossa yttrium muodostaa selektiivisesti kompleksindi-2-(etyyliheksyyli)fosforihaponkanssa.

Käyttö

Yttriumin ja fosforin yhdisteillä tuotetaanväritelevisionsekä tietokonenäyttöjen punainen väri. Sitä käytetään myös ydintekniikassa. Yttriumin isotooppia⁹⁰Y on tutkittu syövän hoidossa. Yttriumia on käytetty useasti myösloistelampuissa.Koska yttrium kestää kulutusta ja ei ruostu, sitä käytetään katkaisupihdeissä, tiivisteissä, laakereissa. Sitä voidaan käyttää myös vahvistamaan alumiinia tai magnesiumiametalliseoksissa,joissa se parantaa lämmön- ja värähtelynkestoa sekä sähkönjohtavuutta. Sitä voidaan myös käyttää muun muassavanadiininkanssa, jolloin vanadiinin myrkyllisyys häviää. Yttriumia käytetään myöseteeninvalmistamisessakatalyyttinä.

Yttriumin yhdisteistäyttrium-barium-kuparioksidi(YBa₂Cu₃O₇)tunnetaan korkean lämpötilansuprajohteena,sillä se muuttuu suprajohtavaksi jo 90kelvininlämpötilassa, joka on saatavissa aikaan nestetypenavulla. Suprajohteita käytetään voimakkaissamagneeteissamuun muassa sairaaloiden kuvauslaitteissa. Yttriumia voidaan käyttää myöslasereissa,jolloin se on yhdisteenägranaatinjaalumiininkanssa. Yttriumia käytetään raudan (Y₃Fe₅O₁₂) kanssamikroaalloiltasuojautumiseen. Yttriumia käytetään myös muun muassa optisissa kuiduissa ja polttokennoissa.

Isotoopit

Yttriumin ainoa stabiili isotooppi on⁸⁹Y. Tunnettujamassalukujaon⁷⁹Y:stä¹⁰³Y:hyn asti.

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi 79Y 14,8 s EC, β+ 80Y 35 s EC, β+ 81Y 70,4 s EC, β+ 82Y 9,5 s EC, β+ 83Y 7,08 min EC, β+ 83mY 2,85 min EC, β+,IT (40,5 %) 84Y 4,6 s EC, β+ 84mY 39,5 min EC, β+ 85Y 2,68 h EC, β+ 85mY 4,86 h EC, β+,IT (< 1%) 86Y 14,74 h EC, β+ 86mY 48 min IT (99,31 %), EC, β+ 87Y 79,8 h EC, β+ 87mY 13,37 h IT (98,43 %), EC, β+ 88Y 106,65 d EC, β+ 88mY 13,9 ms IT 89Y Stabiili 89mY 16,06 s IT 90Y 64,0 h β- 90mY 3,19 h IT, β-(< 0,01%)

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi 91Y 58,51 d β- 91mY 49,71 min IT, β-(< 1,5 %) 92Y 3,54 β- 93Y 10,18 h β- 93mY 0,82 s IT 94Y 18,7 min β- 95Y 10,3 min β- 96Y 5,34 s β- 96mY 9,6 s β- 97Y 3,75 s β- 97m1Y 1,17 s β-,IT (< 0,7 %) 97m2Y 142 ms IT, β-(< 20 %) 98Y 0,548 s β- 98mY 2,0 s β-(90 %), IT 99Y 1,470 s β- 100Y 735 ms β- 100mY 0,94 s β- 101Y 0,45 s β- 102Y 0,36 s β- 102mY 0,30 s β- 103Y 0,23 s β- Lähde:

EC =Elektronisieppaus α =Alfahajoaminen β+=Beeta-plus-hajoaminen β-=Beeta-miinus-hajoaminen IT =Isomeerinen transitio m = Välitila tai virittynyt atomi

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheestaYttriumWikimedia Commonsissa

• Periodictable: Technical data for Yttrium(englanniksi)
• Mindat: Definition of yttrium(englanniksi)
• Webmineral: Mineral Species containing Yttrium (Y)(englanniksi)
• The Royal Society of Chemistry (RSC): Yttrium(englanniksi)
• PeriodicTable: Yttrium (Y)(englanniksi)
• PubChem: Yttrium(englanniksi)
• Human Metabolome Database (HMDB): Yttrium(englanniksi)
• Food Component Database (FooDB): Yttrium(englanniksi)
• Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Yttrium(englanniksi)