钇

title: 性质.
content: 钇是一种质软、带光泽的银白色金属晶体,在元素周期表中属于3族。根据周期表的趋势,它的电负性比前面的元素、钪和5族中的下一个元素锆都要低。由于镧系收缩现象,钇的电负性和镥相近。钇也是第五周期中的首个d区块元素。  成块的纯钇在空气中会在表面形成保护性氧化层(),这种“钝化”过程使它相对稳定。在水汽中加热至750 °C时,保护层的厚度可达10微米。不过钇粉末在空气中很不稳定,其金属屑都可以在400 °C以上的温度在空气中被点燃。钇金属在氮气中加热至1000 °C后会形成氮化钇(YN)。
title: 与镧系元素的相似性.
content: 钇元素的性质和镧系元素十分相似,所以在历史上曾一同被归为稀土元素。自然中的钇一定与镧系元素共同出现在稀土矿中。  在化学属性上,镧系元素比钇旁边的钪更接近钇。如果以物理属性对原子序作图,根据趋势,钇的原子序像是在64.5和67.5之间,即位于镧系元素钆和铒之间。  钇的反应级数也一般在这个区间之内,化学反应活性也与铽和镝相近。它的大小与属于「钇族」的重镧系元素几乎相同,所以它们的离子在溶液中的属性十分接近。虽然所有镧系元素在元素周期表中都位于钇以下的一行,但钇在多方面都却与其极为相似,这是由于镧系收缩现象。  钇和镧系元素间最大的差异在于,钇几乎只会形成三价化合物或离子,但大约半数镧系元素都可以形成三价以外的价态。
title: 化合物及反应.
content: 钇可以形成各种无机化合物,氧化态一般为+3,其中钇原子失去其3颗价电子。例如白色、固态的氧化钇(III)()就是一种六配位的三价钇化合物。  钇可以形成不溶于水的氟化物、氢氧化物和草酸盐,以及可溶于水的溴化物、氯化物、碘化物、硝酸盐和硫酸盐。Y离子在溶液中无色,因为它的d和f电子壳层中缺乏电子。  钇及其化合物会和水产生反应,形成。浓硝酸和氢氟酸不会对钇产生快速侵蚀,但其他的强酸则可以快速侵蚀钇,产生钇盐。  在200 °C以上温度,钇可以和各种卤素形成三卤化物,如三氟化钇()、三氯化钇()和三溴化钇()。碳、磷、硒、硅和硫在高温下也都可以和钇形成二元化合物。  钇的有机化合物中都含有碳-钇键,其中一些化合物中的钇呈0氧化态。(科学家在氯化钇熔体中曾观测到+2态,以及在钇氧原子簇中观测到+1态。)有机钇化合物可以催化某些三聚反应。这些化合物的合成过程都从开始,而则是经与浓盐酸和氯化铵进行反应所得。  哈普托数指中心原子对于周边配位体原子的配位数,符号为η。科学家首次在钇配合物中发现碳硼烷配位体能以η哈普托数与d金属中心原子进行配位。石墨层间化合物石墨-Y和石墨-在气化后会产生内嵌富勒烯,例如Y@C。电子自旋共振研究显示,这种富勒烯是由Y和(C)离子对所组成的。YC、YC和YC等碳化物在水解后会形成烃。
title: 核合成及同位素.
content: 太阳系中的钇元素是在恒星核合成过程中产生的,大部分经S-过程(约72%),其余的经R-过程(约28%)。在R-过程中,轻元素在超新星爆炸中进行快中子捕获;而在S-过程中,轻元素在红巨星脉动时,在星体内部进行慢中子捕获。 在核爆炸和核反应炉中,钇同位素是铀裂变过程中的一大产物。在核废料的处理上,最重要的钇同位素为Y和Y,半衰期分别为58.51天和64小时。虽然Y的半衰期短,但它与其母同位素锶-90(Sr)处于长期平衡状态(即产生率接近衰变率),实际半衰期为29年。  所有3族元素的原子序都是奇数,所以稳定同位素很少。钇只有一种稳定同位素Y,这也是它唯一一种自然同位素。在S-过程当中,经其他途径产生的同位素有足够时间进行β衰变(中子转换为质子,并释放电子和反微中子)。中子数为50、82和126的原子核(原子量分别为90、138和208)特别稳定,所以这种慢速过程使这些同位素能够保持其较高的丰度。Y的质量数和中子数分别靠近90和50,所以其丰度也较高。  钇的人工合成同位素已知至少有32种,原子质量数在76和108之间。其中最不稳定的同位素为Y,半衰期只有>150纳秒(Y的半衰期为>200纳秒);最稳定的则为Y,半衰期为106.626天。Y、Y和Y的半衰期分别为58.51天、79.8小时和64小时,而其余所有人造同位素的半衰期都在一天以下,大部分甚至不到一小时。  质量数在88或以下的钇同位素的主要衰变途径是正电子发射(质子→中子),形成锶(原子序为38)的同位素;质量数在90或以上的则进行电子发射(中子→质子),形成锆(原子序为40)的同位素。另外质量数在97或以上的同位素亦会进行少量β缓发中子发射。  钇的同核异构体至少有20种,质量数在78和102之间。Y和Y的同核异构体超过一个。钇的大部分同核异构体的稳定性都比基态更低,但Y、Y、Y、Y、Y、Y和Y的半衰期都比它们的基态更高。这是因为这些同核异构体都进行β衰变,而不进行同核异构体转换。
title: 历史.
content: 1787年,同时为陆军中尉和兼职化学家的卡尔·阿克塞尔·阿列纽斯(Carl Axel Arrhenius)在瑞典伊特比村(现属于斯德哥尔摩群岛)附近的一处旧采石场发现了一块黑色大石。他认为这是一种未知矿石,含有当时新发现的钨元素,并将其命名为「Ytterbite」。样本被送往多个化学家作进一步分析。 奥布皇家学院的约翰·加多林于1789年在阿列纽斯的样本中发现了一种新的氧化物,并于1794发布完整的分析结果。安德斯·古斯塔夫·埃克贝格(Anders Gustaf Ekeberg)在1797年证实了这项发现,并把氧化物命名为「Yttria」。在安东万·拉瓦节提出首个近代化学元素定义之后,人们认为氧化物都能够还原成元素,所以发现新氧化物就等同于发现新元素。对应于Yttria的元素因此被命名为「Yttrium」。  1843年,卡尔·古斯塔夫·莫桑德(Carl Gustaf Mosander)发现,该样本中其实含有三种氧化物:白色的氧化钇(Yttria)、黄色的氧化铽(Erbia)以及玫红色的氧化铒(Terbia)。1878年,让-夏尔·加利萨·德马里尼亚(Jean Charles Galissard de Marigna)分离出第四种氧化物氧化镱。这四种氧化物所含的新元素都以伊特比命名,除钇以外还有镱(Ytterbium)、铽(Terbium)和铒(Erbium)。在接下来的数十年间,科学家又在加多林的矿石样本中发现了7种新元素。马丁·海因里希·克拉普罗特(Martin Heinrich Klaproth)后将这种矿物命名为加多林矿(Gadolinite,即硅铍钇矿),以纪念加多林为发现这些新元素所做出的贡献。  1828年,弗里德里希·维勒把无水三氯化钇和钾一同加热,首次产生了钇金属:  钇的化学符号最初是Yt,直到1920年代初才开始转为Y。  1987年,科学家发现钇钡铜氧具有高温超导性质。它是第二种被发现拥有这种性质的物质,而且是第一种能在氮的沸点以上达到超导现象的物质。
title: 存量.
title: 丰度.
content: 钇元素出现在大部分稀土矿和某些铀矿中,但从不以单质出现。钇在地球地壳中的丰度约为百万分之31,在所有元素中排第28位,是银丰度的400倍。泥土中的钇含量介乎百万分之10至150间(去水后平均重量占百万分之23),在海水中含量为一兆(万亿)分之9。美国阿波罗计划期间从月球采得的岩石样本中含有较高的钇含量。  钇元素没有已知的生物用途,但几乎所有生物体内都存在少量的钇。进入人体后,钇主要积累在肝、肾、脾、肺和骨骼当中。一个人体内一共只有约0.5毫克的钇,而人乳则含有百万分之4的钇。在食用植物中,钇的含量在百万分之20至100之间(鲜重),其中以卷心菜为最高;木本植物种子中的含量为百万分之700,是植物中已知最高的。
title: 生产.
content: 钇的化学性质与镧系元素非常相似,所以经过各种自然过程,这些元素都一同出现在稀土矿中。 稀土元素共有四种来源:  从混合氧化物矿中提取纯钇的其中一种方法是把样本溶于硫酸,再以离子交换层析法进行分离。加入草酸后,草酸钇会沉淀出来。草酸钇在氧气中加热,会转化为氧化钇,再与氟化氢反应后变为氟化钇。使用季铵盐作为萃取剂,钇会维持水溶状态。以硝酸盐作抗衡离子,可以去除轻镧系元素;以硫氰酸盐作抗衡离子,可以去除重镧系元素。这种过程可以产生纯度为99.999%的钇。一般钇占重镧系元素混合物的三分之二,所以为了方便分离其他的元素,须先移除钇元素。  全球氧化钇年产量在2001年达到600吨,储备量估计有9百万吨。钙镁合金可以把三氟化钇还原成海绵状钇金属,如此生产出的钇金属每年不到10吨。电弧炉所达到的1,600 °C温度足以熔化钇金属。
title: 应用.
title: 日用品.
content: 氧化钇()可以做掺Eu过程中所用的主体晶格,以及正钒酸钇YVO:Eu或氧硫化钇:Eu磷光体的反应剂。这些磷光体在彩色电视机的显像管中能产生红光。实际上红光是铕所产生的,钇只是把电子枪的能量传递到磷光体上。钇化合物还可以为不同镧系元素阳离子做掺杂过程的主体晶格,除了Eu外,还有能发出绿光的掺Tb磷光体。氧化钇可以在多孔氮化硅的生产过程中作烧结添加剂。它还是材料科学中的常用原料,许多钇化合物的合成也需要从氧化钇开始。  钇同位素可以催化乙烯的聚合反应。一些高性能火花塞的电极以钇金属作为材料。在丙烷灯网罩的生产过程中,钇可以代替具有放射性的钍元素。  钇稳定氧化锆是一种正在研发当中的材料,可以做固态电解质,以及在汽车排气系统中用于探测氧含量。
title: 石榴石.
content: 钇可以用来生产各种合成石榴石。钇铁石榴石(,简称YIG)是十分有效的微波电子滤波器,生产就需用到氧化钇。钇、铁、铝和钆石榴石(如Y(Fe,Al)O和Y(Fe,Ga)O)具有重要的磁性质。钇铁石榴石是一种高效声能发射器和传感器。钇铝石榴石(,简称YAG)的莫氏硬度为8.5,能当宝石作首饰之用(人造钻石)。掺铈的钇铝石榴石(YAG:Ce)晶体可用在白色发光二极管的磷光体中。  钇铝石榴石、氧化钇、氟化钇锂()和正钒酸钇()可以用在近红外线激光器中,可用的掺杂剂包括钕、铒和镱。钇铝石榴石激光器能够在大功率下运作,可应用在金属钻孔和切割上。单个钇铝石榴石晶体一般是经由柴可拉斯基法生产出来的。
title: 材料增强.
content: 添加少量的钇(0.1%至0.2%)可以降低铬、钼、钛和锆的晶粒度。它也可以增强铝合金和镁合金的材料强度。在合金中加入钇,可以降低加工程序的难度,使材料能抵抗高温再结晶,并且大大提高对高温氧化的抵御能力。  钇还能对钒以及其他非铁金属进行去氧。氧化钇可以稳定立方氧化锆的结构,使它适合作为首饰。  科学家正在研究钇的球化性质,这可能有助生产球墨铸铁。如此生产出来的铸铁具有较高的延展性(石墨形成小球,而非薄片)。氧化钇熔点高,可抵抗冲击,且热膨胀系数也较低,因此能用来制造陶瓷和玻璃,例如某些照相机镜头。
title: 医学.
content: 钇-90是一种放射性同位素,被用在依多曲肽及替伊莫单抗等抗癌药物中,可治疗淋巴癌、白血病、卵巢癌、大肠癌、胰腺癌和骨癌等等。该药物会附在单克隆抗体上,与癌症细胞结合后以钇-90的强烈β辐射把癌细胞中的DNA产生变异,经过半衰期间内的放射曝露,之后经由生物克隆的特性,致使癌细胞DNA无法继续往下转录繁衍,一般被仍定为成功的治疗,约需经过3-6个月的观察周期而论。不过钇90仍旧属于局部放射疗法之一,仍旧可能带给治疗患者不可预期的伤害,例如:急性肝衰竭。  用钇-90做的针头可以比解剖刀更加精确,可用于割断脊髓里的疼痛神经。在治疗类风湿性关节炎时,钇-90还能用在发炎关节的滑膜切除术中,特别针对膝盖部位。  曾有实验在犬类身上用掺钕的钇铝石榴石激光来进行前列腺切除术,手术由机器人协助,能够降低对周边神经等组织的损伤。掺铒的钇铝石榴石则开始被用在磨皮整容手术上。
title: 超导体.
content: 1987年,阿拉巴马大学和休斯顿大学研发了钇钡铜氧(YBaCuO,又称YBCO或1-2-3)超导体。它可以在93 K温度下运作,比液氮的沸点(77.1 K)要高。其他超导体都必须使用价格更高的液氦降温,所以这项发现能降低成本。  实际超导材料的化学式为YBaCuO,其中"d"必须低于0.7才会使材料成为超导体。具体原因未知,但目前科学家知道在晶体内只有某些位置会出现空缺,即位于氧化铜平面和链上。这造成铜原子拥有奇特的氧化态,这再因某种原因引致了超导性质。  BCS理论在1957年被发布之后,人们对低温超导的认知已经非常详尽了。这种现象与两颗电子在一个晶格当中的特殊交互作用相关。然而高温超导却在这一理论的解释范围外,其确切原理仍是未知的。实验所得出的结果指出,材料中氧化铜分量必须十分准确才能带出超导性质。  这一物质呈黑绿色,为一多晶、多相态矿物。科学家正在研究一类成分比例不同的物质,称为钙钛矿,并希望能最终研发出一种更为实用的高温超导体。
title: 安全性.
content: 水溶钇化合物具微毒性,但非水溶化合物则不具毒性。动物实验显示,钇及其化合物会造成肝和肺的破坏,但不同化合物的毒性程度各异。老鼠在吸入柠檬酸钇后,产生肺水肿和呼吸困难,吸入氯化钇后则有肝性水肿、胸腔积液及肺充血等症状。  钇化合物对人类可引致肺病。钒酸钇铕飘尘会对人的眼部、皮肤和上呼吸道有轻微的刺激,但这可能是飘尘的钒成分所导致的,而不是钇。短期暴露在大量钇化合物中,会引致呼吸急促、咳嗽、胸部疼痛以及发绀。美国国家职业安全卫生研究所(NIOSH)所建议的允许暴露限值为1 mg/m,超过500 mg/m时属于「即时对生命或健康造成危险」。虽然成块的钇金属在空气中相对稳定,但钇金属粉末却属于易燃物。

Summary: 钇()是化学元素,符号为Y,原子序为39,是银白色过渡金属,化学性质与镧系元素相近,且常归为稀土金属。钇在自然中并不单独出现,而是和镧系元素结合出现在稀土矿中。Y是钇的唯一一种稳定同位素和自然同位素。

Yttrium: L’yttrium est l'élément chimique de numéro atomique 39, de symbole Y. L'yttrium est un élément de transition d'apparence métallique, qui possède un comportement chimique proche de celui des lanthanides, et classé historiquement parmi les terres rares, avec le scandium et les lanthanides. Dans la nature, il ne se rencontre jamais à l'état natif, mais le plus souvent combiné avec des lanthanides dans des minerais de terres-rares. Son seul isotope stable est Y. C'est également le seul isotope naturel.