Wikipedia

Itrij

hemijski element sa simbolom Y i atomskim brojem 39

Itrij (latinski: 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.[7] Itrij se gotovo uvijek nalazi zajedno sa lantanoidima 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.

Itrij,  39Y
Itrij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski brojItrij, Y, 39
SerijaPrelazni metali
Grupa, Perioda, Blok3, 5, d
Izgledsrebreno bijeli metal
Zastupljenost0,0026[1] %
Atomske osobine
Atomska masa88,90584(2)[2] u
Atomski radijus (izračunat)180 (212) pm
Kovalentni radijus190 pm
Van der Waalsov radijuspm
Elektronska konfiguracija[Kr] 4d15s2
Broj elektrona u energetskom nivou2, 8, 18, 9, 2
1. energija ionizacije600 kJ/mol
2. energija ionizacije1180 kJ/mol
3. energija ionizacije1980 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanječvrsto
Mohsova skala tvrdoće2,5
Kristalna strukturaheksagonalna
Gustoća4470[3] kg/m3
Magnetizamparamagnetičan ( = 1,2 · 10−4)[4]
Tačka topljenja1795 K (1522[3][5] °C)
Tačka ključanja3203[6] K (2930 °C)
Molarni volumen19,88 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja390[6] kJ/mol
Toplota topljenja11,4 kJ/mol
Pritisak pare1 Pa pri 1883 K
Brzina zvuka3300 m/s pri 293,15 K
Specifična toplota300 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost1,66 · 106 S/m
Toplotna provodljivost17 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj3
OksidY2O3
Elektrodni potencijal-2,37 V (Y3 3e- → Y)
Elektronegativnost1,22 (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 sigurnostiR: 11
S: 7/9-16-33
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

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[8], a Anders Gustaf Ekeberg je novom oksidu da ime yttria. Elementarni itrij je prvi put izolirao Friedrich Wöhler 1828. godine.[9]

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.[10] 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.[11]

Historija

uredi

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).[12] Vjerujući da je pronašao novi nepoznati mineral koji sadrži, tada novootkriveni, element volfram,[13] dao mu je ime ytterbit.[14] Arrhenius je taj primjerak poslao brojnim hemičarima radi daljnje analize.[12]

 
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.[15][a] Anders Gustaf Ekeberg je 1797. godine potvrdio ovo otkriće i novom oksidu dao naziv yttria.[16]

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.[b]

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.[17] Četvrti oksid, iterbij oksid, je izolirao Jean Charles Galissard de Marignac tek 1878. godine.[18] 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).[19] U sljedećim desetljećima iz Gadolinove itrije otkriveno je sedam novih metala.[12] Međutim, pošto je itrija bio mineral a ne oksid, Martin Heinrich Klaproth mu je dao ime gadolinit u čast njegovog pronalazača Gadolina.[12]

Čisti metalni itrij je izoliran 1828. godine kada je Friedrich Wöhler zagrijavao anhidratnog itrij(III) hlorida sa kalijem:[20][21]

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.[22] Godine 1987. otkriveno je da spoj itrija itrij-barij-bakar oksid pokazuje osobine superprovodljivosti na visokim temperaturama.[23] To je bio tek drugi otkriveni materijal koji je imao ovu osobinu i prvi koji ima osobinu superprovodljivosti iznad (ekonomski važne) tačke ključanja dušika.[c] 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.[24]

Osobine

uredi
 
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 periodičnom 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.[25][26] 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.[27] 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.[9] Itrij-nitrid (YN) se formira kada se metal zagrije na 1000 °C u okruženju dušika.[27]

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

Sličnost sa lantanoidima

uredi

Sličnosti itrija sa lantanoidima su tako velike da se on u prošlosti dugo vremena svrstavao s njima u rijetke zemne elemente,[7] uvijek nalazio povezan s njima u rijetkim zemnim mineralima.[28] U hemijskom smislu, itrij je više sličan ovim elementima od svog komšije u periodnom sistemu, skandija,[29] 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.[30]

On često spada u isti raspon reda reakcija,[27] sličan je kao terbij i disprozij po svojoj hemijskoj reaktivnosti.[10] Itrij je vrlo blizak po veličini teškim lantanoidnim ionima u rastvorima takozvane itrijske grupe, a hemijski se ponaša kao da je jedan od njih.[27][31] Iako su lantanoidi cijeli jedan red ispod itrija u periodnom sistemu, sličnosti atomskog radijusa s njima se može objasniti takozvanom kontrakcijom lantanoida.[32]

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.[27]

Izotopi

uredi

U Sunčevom sistemu itrij se stvara nukleosintezom, najvećim dijelom putem s-procesa (oko 72%), ali također i u r-procesu.[33] 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.[34]

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.[35] 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.[9]

Svi elementi 3. grupe periodnog sistema imaju neparan atomski broj te stoga imaju vrlo mali broj stabilnih izotopa.[36] 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).[34][d] 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.[34][e][9] 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.[35] 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.[35] 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.[35]

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).[35] Izotopi itrija sa masenim brojevima od 90 i višim uglavnom se raspadaju emisijom elektrona (neutron → proton) dajući izotope cirkonija (Z = 40).[35] Za izotope sa masenim brojevima 97 ili višim poznato je da imaju i manje izražen nuklearni lanac raspadanja β− sa naknadnom emisijom neutrona.[37]

Poznato je najmanje 20 nuklearnih izomera čiji maseni brojevi se kreću u rasponu od 78 do 102.[35][f] Dokazana su brojna pobuđena stanja za izotope 80Y i 97Y.[35] 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.[37]

Rasprostranjenost

uredi

Itrij je pronađen u većini rijetkih zemnih minerala[26] kao i u nekim rudama uranija, međutim u prirodi nikad nije nađen kao samorodan.[38] Sa udjelom od oko 31 ppm (0,0031%) u Zemljinoj kori,[10] itrij je 28. element po rasprostranjenosti, odnosno oko 400 puta više zastupljen od srebra.[39] 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%).[39] Uzorci koje su prikupile američke svemirske misije na Mjesec u sklopu Apolo projekta pokazali su relativno veliki udio itrija u njima.[19]

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.[40] 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%).[41] 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.[41] Gotovo 0,07% itrija je pronađeno u sjemenu nekih vrsta drvenastih biljaka, što je najveća poznata izmjerena koncentracija.[41]

Dobijanje

uredi

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.[42][43]

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

Postoje četiri osnovna izvora rijetkih zemnih elemenata:[44]

  • Karbonati i fluoridi koji sadrže rude kao što je LRZE bastnesit ([(Ce, La, etc.)(CO3)F]) koji sadrži u prosjeku 0,1%[9][42] itrija za razliku od 99,9% kod drugih 16 rijetkih zemnih elemenata.[42] Osnovni izvor za bastnesit 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.[42][44]
  • 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%[42] (po nekim izvorima 3%[45]) 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.[42][44]
  • Ksenotim, fosfat rijetkih zemnih elemenata, je osnovna ruda TRZE a sadrži do 60% itrija u vidu itrij fosfata (YPO4).[42] Najveći rudnik ovog minerala je depozit Bayan Obo u Kini, što čini Kinu najvećim izvoznikom TRZE od zatvaranja rudnika Mountain Pass 1990tih.[42][44]
  • Gline ionske apsorpcije ili gline iz Lognana su proizvod granita uzrokovan erozijom a sadrži samo 1% rijetkih zemnih elemenata.[42] Međutim, konačni proizvodni koncentrat rude može sadržavati do 8% itrija. Gline ionske apsorpcije se najviše iskopavaju u rudnicima južne Kine.[42][44][46] Itrij se također može naći i u mineralima samarskitu i fergusonitu.[39]

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 fluorovodikom, nastaje itrij-fluorid.[47] 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.[39] 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.[39][47]

Upotreba

uredi

Proizvodi široke potrošnje

uredi

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-oksidsulfida Y2O2S:Eu3 , fosforescentna boja koja daje crveni sjaj u katodnim cijevima za sliku kod televizora u boji,[9][10][g] mada se crvena boja zapravo emitira iz europija dok itrij služi za sakupljanje energije iz elektronskih pištolja i predaje je fosforescentim bojama.[48] 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[49] 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.[9] Kao metal, koristi se za elektrode kod nekih automobilskih svjećica gdje su potrebne visoke performanse.[50] Itrij se također upotrebljava u proizvodnji Colemanovih mrežica za propanske lampe kao zamjena za torij koji je radioaktivan.[51] Istraživanje budućih načina upotrebe itrija uključuje djelimično stabiliziranje cirkonije itrijem kao čvrsti elektrolit i kao senzor za kisik u automobilskim ispušnim sistemima.[10]

Granati

uredi
 
Šipka Nd:YAG lasera prečnika 0,5 cm.

Itrij se koristi za proizvodnju širokog spektra sintetičkih granata (vrsta dragog kamenja),[52] a itrija se koristi za izradu itrij željezo granata (Y3Fe5O12 ili YIG), a koji su vrlo efektivni elektronski filteri za mikrovalove.[9] Garneti od itrija, željeza, aluminija i gadolinija (npr. Y3(Fe,Al)5O12 i Y3(Fe,Ga)5O12) imaju važne magnetne osobine.[9] YIG je također veoma efikasan kao prenosilac akustične energije i transduktor.[53] Itrij aluminij granat (Y3Al5O12 ili YAG) ima tvrdoću 8,5 po Mohsovoj skali i također se koristi kao dragi kamen (simulirani dijamant).[9] Kristali itrij aluminij granata dopirani cerijem (YAG:Ce) se koriste kao fosforescentne boje za proizvodnju bijelih svjetlećih (LED) dioda.[54][55][56]

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.[57][58] YAG laseri imaju sposobnost da rade visokom snagom a koriste se i za bušenje ili rezanje metala.[45] Pojedinačni kristali dopiranog YAG se obično proizvode Czochralski metodom.[59]

Poboljšavanje materijala

uredi

Malehne količine itrija (0,1 do 0,2%) se koriste za smanjivanje veličine zrna hroma, molibdena, titanija i cirkonija.[60] Također se koristi za povećanje jačine legura aluminija i magnezija.[9] 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.[48]

Itrij se može koristiti za deoksidiranje vanadija i drugih obojenih metala.[9] Njegov oksid zvani itrija se koristi za stabiliziranje kockaste forme cirkonije koja se upotrebljava kao nakit.[61] 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).[9] 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.[9] Zbog toga se koristi i za izradu objektiva za kamere.[39]

Medicina

uredi

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.[41] 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.[62]

Igle načinjene od itrija-90, a koje mogu rezati preciznije od običnog skalpela, koriste se za presjecanje živaca koji provode bol u kičmenoj moždini,[13] 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.[63]

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,[64] dok takvi laseri dopirani erbijem počeli su se koristiti u kozmetičkom oblikovanju kože.[10]

Superprovodnici

uredi
 
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.[23] Ovaj superprovodnik radi na temperaturi od 93 K, što je značajno jer je iznad tačke ključanja tečnog dušika (77,1 K).[23] 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,[65] 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.[66]

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.[45]

Spojevi

uredi

Kao trovalentni prelazni metal, itrij gradi razne neorganske spojeve, uglavnom u oksidacijskom stanju 3, tako što otpušta sva tri svoja valentna elektrona.[67] Dobar primjer spoja itrija je itrij(III) oksid (Y2O3), također poznat i kao itrija, bijela čvrsta supstanca sa šest koordiniranih kovalentnih veza.[68]

Itrij gradi, u vodi nerastvorljive, fluoride, hidrokside i oksalate, međutim bromidi, hloridi, jodidi, nitrati i sulfati itrija su gotovo svi rastvorljivi u vodi.[27] Ion itrij Y3 je bezbojan u rastvorima zbog odsustva elektrona u d i f elektronskim ljuskama.[27] Voda vrlo lahko reagira sa metalnim itrijem i njegovim spojevima dajući Y2O3.[28] Koncentrirana nitratna i fluorovodična kiselina ne napadaju burno itrij, ali ostale jake kiseline ga vrlo snažno napadaju.[27] 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.[11] Slično tome, pri povišenim temperaturama ugljik, fosfor, selen i sumpor također grade binarne spojeve sa itrijem.[27]

Organoitrijska hemija proučava spojeve koji sadrže ugljik-itrij veze. Za neke od njih je dokazano da u njima itrij ima oksidacijsko stanje 0.[69][70] U nekim istopljenim hloridima je dokazano i stanje 2,[71] dok je stanje 1 dokazano u oksidnim klasterima u gasovitom stanju.[72] Posmatrane su i neke reakcije trimerizacije koristeći organoitrijske spojeve kao katalizatore.[70] Ovi spojevi koriste YCl3 kao polazni materijal koji se dalje dobija iz Y2O3, koncentrirane hlorovodične kiseline i amonij-hlorida.[73][74]

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.[70] Vaporizacija grafitnih interkaliranih spojeva grafit-Y ili grafit-Y2O3 dovodi do formiranja endohedralnih fulerena kao što je Y@C82.[10] Proučavanje pomoću elektronske spin rezonance dokazuju formiranje ionskih parova Y3 i (C82)3−.[10] Svaki od karbida itrija Y3C, Y2C i YC2 se može hidrolizirati dajući ugljikovodike.[27]

Mjere bezbjednosti

uredi

U vodi rastvorljivi spojevi itrija se smatraju slabo otrovnim, dok nerastvorljivi spojevi nisu otrovni.[41] 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.[11]

Kod čovjeka, izlaganje spojevima itrija može prouzrokovati plućna oboljenja.[11] 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.[11] Akutno izlaganje spojevima itrija može izazvati kratkoću daha, kašljanje, bolove u grudima i cijanozu.[11] 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.[75] Prah itrija je zapaljiv.[11]

Napomene

uredi
  1. ^ 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.
  2. ^ Zemljama se davao naziv sa sufiksom -a, dok su novootkriveni elementi obično dobijali sufiks -ium.
  3. ^ Tc za itrij-barij-bakar oksid je na 93 K a tačka ključanja dušika je na 77 K.
  4. ^ Po pravilu, neutron postaje proton dok se emitiraju elektron i antineutrino.
  5. ^ Pogledate i magični broj. Međutim, ova stabilnost je rezultat njegove vrlo malehne poprečne površine hvatanja neutrona.(Greenwood 1997, str. 12–13). Emisija elektrona izotopa sa tim masenim brojem je jednostavno manje zastupljena zbog ove stabilnosti, što ima za rezultat da imaju veću zastupljenost.
  6. ^ 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.
  7. ^ Emsley 2001, str. 497 navodi da "Itrij oksisulfid, dopiran europijem (III), se koristi kao standardna crvena komponenta u televizorima u boji".

Reference

uredi
  1. ^ Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ "IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2". Arhivirano s originala, 8. 1. 2016. Pristupljeno 10. 6. 2014.
  3. ^ a b Steve Gagnon. The Element Yttrium, Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, pristupljeno 10. juna 2014.
  4. ^ Weast, Robert C., ured. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). 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 (2011). "Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks". Journal of Chemical & Engineering Data. 56: 328–337. doi:10.1021/je1011086.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  7. ^ a b IUPAC (2005). N G Connelly; T Damhus (R M Hartshorn; A T Hutton) (ured.). Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC Recommendations 2005 (PDF). RSC Publishing. str. 51. ISBN 0-85404-438-8. Pristupljeno 17. 12. 2007.CS1 održavanje: više imena: editors list (link)
  8. ^ Krogt 2005.
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n urednici CRC (2007). "Yttrium". u Lide, David R. (ured.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4. New York City: CRC Press. str. 41. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  10. ^ a b c d e f g h Simon A. Cotton (15. 3. 2006). "Scandium, Yttrium & the Lanthanides: Inorganic & Coordination Chemistry". Encyclopedia of Inorganic Chemistry. doi:10.1002/0470862106.ia211. ISBN 0-470-86078-2.
  11. ^ 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. Arhivirano s originala, 2. 3. 2013. Pristupljeno 3. 8. 2008.
  12. ^ a b c d Van der Krogt 2005
  13. ^ a b Emsley 2001, str. 496
  14. ^ Ytterbit je dobio ime po selu u blizini kojeg je otkriven, uz dodatak sufiksa -it koji označava da se radi o mineralu
  15. ^ Gadolin 1794.
  16. ^ Greenwood 1997, str. 944
  17. ^ 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
  18. ^ urednici Britannica (2005). "ytterbium". Encyclopædia Britannica, Inc. Nepoznati parametar |encyclopedia= zanemaren (pomoć)
  19. ^ a b Stwertka 1998., str. 115
  20. ^ Heiserman David L. (1992). "Element 39: Yttrium". Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books. str. 150–152. ISBN 0-8306-3018-X.
  21. ^ Friedrich Wöhler (1828). "Ueber das Beryllium und Yttrium". Annalen der Physik. 89 (8): 577–582. doi:10.1002/andp.18280890805.
  22. ^ 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. IUPAC Inorganic Chemistry Division Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances. 70 (1): 237–257.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1351/pac199870010237
  23. ^ 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. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
  24. ^ 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
  25. ^ Greenwood 1997., str. 946
  26. ^ a b Hammond, C. R. "Yttrium". The Elements (pdf). Fermi National Accelerator Laboratory. str. 4–33. ISBN 0-04-910081-5. Arhivirano (PDF) s originala, 26. 6. 2008. Pristupljeno 28. 6. 2008.
  27. ^ a b c d e f g h i j Daane 1968., str. 817
  28. ^ a b Emsley 2001, str. 498
  29. ^ Daane 1968, str. 810
  30. ^ Daane 1968, str. 815
  31. ^ Greenwood 1997, str. 945
  32. ^ Greenwood 1997, str. 1234
  33. ^ Andreas Pack; 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  34. ^ a b c Greenwood 1997, str. 12–13
  35. ^ 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. Arhivirano s originala, 10. 10. 2018. Pristupljeno 13. 9. 2008.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  36. ^ Greenwood 1997, str. 946
  37. ^ a b Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  38. ^ urednici. "yttrium". Lenntech. Pristupljeno 26. 8. 2008.
  39. ^ a b c d e f Emsley 2001, str. 497
  40. ^ N. S. MacDonald; Nusbaum, R. E.; Alexander, G. V. (1952). "The Skeletal Deposition of Yttrium" (PDF). Journal of Biological Chemistry. 195 (2): 837–841. Arhivirano s originala (PDF), 26. 3. 2009. Pristupljeno 15. 6. 2014.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  41. ^ a b c d e Emsley 2001, str. 495
  42. ^ 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.
  43. ^ Yasuo Kanazawa; Kamitani, Masaharu (2006). "Rare earth minerals and resources in the world". Journal of Alloys and Compounds. 408–412: 1339–1343.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1016/j.jallcom.2005.04.033
  44. ^ 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. Arhivirano s originala, 1. 7. 2019. Pristupljeno 15. 6. 2014. doi:10.1007/s11981-008-1004-6
  45. ^ a b c Stwertka 1998, str. 116
  46. ^ Zuoping Zheng; 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1007/BF02867008
  47. ^ a b Arnold F. Holleman; Wiberg, Egon i Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (91–100 izd.). Walter de Gruyter. str. 1056–1057. ISBN 3-11-007511-3.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  48. ^ a b Daane 1968, str. 818
  49. ^ U.S. Patent 5.935.888
  50. ^ Carley, Larry (decembar 2000). "Spark Plugs: What's Next After Platinum?". Counterman. Babcox. Arhivirano s originala, 1. 5. 2008. Pristupljeno 7. 9. 2008.
  51. ^ U.S. Patent 4.533.317
  52. ^ Jaffe, H.W. (1951). "The role of yttrium and other minor elements in the garnet group" (PDF). American Mineralogist: 133–155. Pristupljeno 26. 8. 2008.
  53. ^ 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
  54. ^ U.S. Patent 6.409.938
  55. ^ urednici GIA (1995). GIA Gem Reference Guide. Gemological Institute of America. ISBN 0-87311-019-6.
  56. ^ Kiss Z. J.; Pressley, R. J. (oktobar 1966). "Crystalline solid lasers". Proceedings of the IEEE. 54. IEEE. str. 1236–1248. issn: 0018-9219. Pristupljeno 16. 8. 2008. Upotreblja se zastarjeli parametar |booktitle= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  57. ^ J. Kong; 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1063/1.1914958
  58. ^ M. Tokurakawa; 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1063/1.2476385
  59. ^ 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.2298/JSC0204291G
  60. ^ urednici PIDC. "Rare Earth metals & compounds". Pacific Industrial Development Corporation. Arhivirano s originala, 19. 8. 2008. Pristupljeno 26. 8. 2008.
  61. ^ Jessica Berg. "Cubic Zirconia". Emporia State University. Arhivirano s originala, 24. 9. 2008. Pristupljeno 26. 8. 2008.
  62. ^ 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. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć) doi:10.1158/0008-5472.CAN-03-2382
  63. ^ M. Fischer; Modder, G. (2002). "Radionuclide therapy of inflammatory joint diseases". Nuclear Medicine Communications. 23 (9): 829–831.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1097/00006231-200209500-00003
  64. ^ Troy Gianduzzo; et al. (2008). "Laser robotically assisted nerve-sparing radical prostatectomy: a pilot study of technical feasibility in the canine model". BJU International. Cleveland: Glickman Urological Institute. 102 (5): 598–602. doi:10.1111/j.1464-410X.2008.07708.x. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
  65. ^ Thomas Sheahen (1994). Introduction to High-Temperature Superconductivity. Springer. str. 142. ISBN 978-0-306-44793-8.
  66. ^ "Yttrium Barium Copper Oxide – YBCO". Imperial College. Pristupljeno 20. 12. 2009.
  67. ^ Greenwood 1997, str. 948
  68. ^ Greenwood 1997, str. 947
  69. ^ F. Cloke; Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  70. ^ a b c Herbert Schumann; Fedushkin, Igor L. (2006). "Scandium, Yttrium & The Lanthanides: Organometallic Chemistry". Encyclopedia of Inorganic Chemistry. doi:10.1002/0470862106.ia212. ISBN 0-470-86078-2.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  71. ^ Mikheev Nikolai B.; 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. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
  72. ^ Weekyung Kang; 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. Arhivirano s originala, 22. 7. 2011. Pristupljeno 12. 6. 2014.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  73. ^ Spencer James F. (1919). The Metals of the Rare Earths. New York: Longmans, Green, and Co. str. 135. Pristupljeno 12. 8. 2008.
  74. ^ Turner, Jr. Francis M.; Berolzheimer, Daniel D.; Cutter, William P.; Helfrich, John (1920). The Condensed Chemical Dictionary. New York: Chemical Catalog Company. str. 492. Pristupljeno 12. 8. 2008.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  75. ^ urednici NIOSH (septembar 2005). "Yttrium; NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards". National Institute for Occupational Safety and Health. Pristupljeno 3. 8. 2008.

Literatura

uredi

Vanjski linkovi

uredi
 
Commons logo
Commons ima datoteke na temu: Itrij

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Itrij&oldid=3672954"