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 88,90584(2)[3] 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 (\chi_{m} = 1,2 · 10−4)[4]
Schmelzpunkt 1799 K (1526 °C)
Siedepunkt 3203 K[5] (2930 °C)
Molares Volumen 19,88 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 390 kJ/mol[5]
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 ZA ZE (MeV) ZP
87Y

{syn.}

79,8 h ε 1,862 87Sr
88Y

{syn.}

106,65 d ε 3,623 88Sr
89Y

100 %

Stabil
90Y

{syn.}

64,10 h β 2,282 90Zr
91Y

{syn.}

58,51 d β 1,544 91Zr
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
Er(1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
89Y 1/2 −1,316 · 107 0,000119 4,9
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [6]

Pulver

02 – Leicht-/Hochentzündlich 07 – Achtung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228​‐​250​‐​302​‐​312​‐​332
P: 210​‐​222​‐​231​‐​280​‐​422 [6]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [7][8]

Pulver

Leichtentzündlich
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.

Geschichte[Bearbeiten]

Yttrium 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[Bearbeiten]

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, die bis zu 3 % Yttrium enthalten, sowie Bastnäsit, der 0,2 % Yttrium enthält. 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 Kalifornien, 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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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. Yttrium zählt zu den Leichtmetallen.

Isotope[Bearbeiten]

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.[9] Yttrium-Isotope gehören zu den häufigsten Produkten der Spaltung des Urans in Kernreaktoren und bei nuklearen Explosionen.

Liste der Yttrium-Isotope

Verwendung[Bearbeiten]

Metallisches Yttrium wird in der Reaktortechnik für Rohre verwendet. Die Legierung mit Cobalt YCo5 kann als Seltenerdmagnet 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. Dotierung von Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator mit Yttrium steigert Leistung und Haltbarkeit

Technisch wichtiger sind die oxidischen Yttriumverbindungen:

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:

Als reiner Beta-Strahler wird 90Y in der Nuklearmedizin zur Therapie eingesetzt, zum Beispiel zur Radiosynoviorthese, der Radionuklidtherapie von Knochenmetastasen und der Radioimmuntherapie.

Biologie[Bearbeiten]

Yttrium gilt als nicht essentiell und giftig (MAK-Wert = 5 mg/m3).

Verbindungen[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Yttrium) entnommen.
  3. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2
  4. 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.
  5. a b Yiming 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. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  6. a b Datenblatt Yttrium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 25. April 2011 (PDF).
  7. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  8. Eintrag zu Yttrium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. März 2008 (JavaScript erforderlich).
  9. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties (PDF; 1,0 MB). In: Nuclear Physics. 2003, Bd. A 729, S. 3–128.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Yttrium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Yttrium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen