იტრიუმი

იტრიუმი (ქიმიური სიმბოლო — Y) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეხუთე პერიოდის, მესამე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 39, ატომური მასა — 88.906, tდნ — 1526 °C, tდუღ — 2930 °C, სიმკვრივე — 4.472 გ/სმ3. მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონი. ბუნებრივი იტრიუმი ერთი სტაბილური იზოტოპისაგან ^{89}Y შედგება. არსებობს იტრიუმი ორი კრისტალური მოდიფიკაციით: α-Y მაგნიუმის ტიპის ჰექსაგონალური მესერით, β-Y α-Fe-ის ტიპის კუბური მოცულობაცენტრირებული მესერით, გადასვლის ტემპერატურა α↔β 1482 °C/>.
ისტორია
1794 წელს ფინელმა ქიმიკოსმა იუჰან (იოგან) გადოლინმა (1760—1852) მინერალ იტერბიტიდან გამოჰყო ელემენტის ოქსიდი, რომელსაც იტრიუმი უწოდა. 1843 კ. გ. მოსანდერმა დაამტკიცა, რომ ეს ოქსიდი სინამდვილეში წარმოადგენს იტრიუმის ერბიუმის და ტერბიუმის ოქსიდების ნარევს, და ამ ნარევიდან გამოჰყო Y2O3. ლითონური იტრიუმი, რომელიც შეიცავს ერბიუმის, ტერბიუმის და სხვა ლანთანოიდების მინარევებს, პირველად მიღებულ იქნა 1828 წელს ფ. ველერის მიერ.
ბუნებაში
იტრიუმი — ლანთანის ქიმიური ანალოგია. კლარკი 26 გრ/ტ, ზღვის წყალში იტრიუმის შემცველობაა 0,0003 მგრ/ლ. იტრიუმი მინერალურ ნედლეულში თითქმის ყოველთვის არის ლანთანთან ერთად. მიუხედავად იშვიათ მიწა ელემენტების ჯგუფში შეუზღუდავი იზომორფიზმისა გარკვეულ გეოლოგიურ პირობებში შესაძლებელია იშვიათ მიწა იტრიუმისა და ცერიუმის ქვეჯგუფის ელემენტების ცალკე გამოყოფილი კონცენტრაცია. მაგალითად, ტუტე ქანებში მათთან დაკავშირებულ პოსტმაგმატიკურ პროდუქტებში უპირატესად განვითარებას პოვებს ცერიუმის ქვეჯგუფი, ხოლო ძოწინოიდების პოსტმაგმატიკურ ჭარბ ტუტიან პროდუქტებში — იტრიუმის ქვეჯგუფი. ფტორ კარბონატების უმრავლესობა გამდიდრებულია ცერიუმის ქვეჯგუფის ელემენტებით. ბევრი ტანტალ-ნიობატები შეიცავს იტრიუმის ქვეჯგუფს, ხოლო ტიტანატები და ტიტანი-ტანტალი-ნიობატები ცერიუმის ქვეჯგუფს. იტრიუმის უმთავრესი მინერალებია — ქსენოტიმი YPO4, გადოლინიტი Y2FeBe2Si2O10.
საბადოები
იტრიუმის მთავარი საბადოებია ჩინეთში, ავსტრალიაში, კანადაში, აშშ, ინდოეთში, ბრაზილიაში, მალაიზიაში.
მიღება
იტრიუმის ნაერთებს ექსტრაქციითა და იონური მიმოცვლით მიიღებენ სხვა იშვიათ მიწა ლითონებთან ნარევებისაგან. ლითონურ Y მიიღებენ იტრიუმის უწყლო ჰალოგენიდების აღდგენით ლითიუმით ან კალციუმით მინარევების შემდგომი გამოდევნით.
ფიზიკური თვისებები
იტრიუმი — ღია მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონია. არსებობს ორი კრისტალური მოდიფიკაციით: α-Y მაგნიუმის სტრუქტურული ტიპის მაგნიუმის ტიპის ჰექსაგონალური მესერი (a=3,6474 Å; с=5,7306 Å; z=2; სივრცული ჯგუფით P63/mmc), β-Y α-Fe-ის ტიპის კუბური წახნაგცენტრიებული მესერით (a=4,08 Å; z=2; სივრცული ჯგუფი Im3m), გადასვლის ტემპერატურა α↔β 1482 °C, ΔH გადასვ. 4,98 კჯ/მოლი. დნობის ტემპერატურა 1528 °C, დუღილის ტემპერატურა მიახლოებით 3320 °C. იტრიუმი ადვილად ყვება მექანიკურ დამუშავება.
იზოტოპები
იტრიუმი მონოიზოტოპური ელემენტია, ბუნებაში წარმოდგენილია ერთი სტაბილური ნუკლიდით 89Y.
ქიმიური თვისებები
ჰაერზე იტრიუმი არამდგრადია.
1482 °C-მდე a-მოდიფიკაცია მდგრადია: Mg-ის ტიპის ჰექსაგონალური მესერით, а = 0,36474 ნმ და с = 0,57306 ნმ. 1482 °C-ზე ზევით მდგრადია b-მოდიფიკაცია: a-Fe ტიპის კუბური მესერით. დნობის ტემპერატურა 1528 °C, დუღილის ტემპერატურა 3320 °C, სიმკვრივე 4,45 კგ/დმ3.
ჰაერზე Y იფარება ოქიდის მკვრივი ფენით. 370—425 °C-ის დროს წარმოიქმნება ოქსიდის შავი ფენა. ინტენსიური ჟანგვა იწყება 750 °C-ზე. კომპაქტური ლითონი იჟანგება ჰაერის ჟანგბადით მდუღარე წყალში, რეაგირებს მინერალურ მჟავეებთან, ძმარმჟავასთან, არ რეაგირებს ფტორწყალბადთან. იტრიუმი გახურებისას რეაგირებს ჰალოგენებთან, წყალბადთან, აზოტთან, გოგირდთან და ფოსფორთან.
ოქსიდს Y2О3 აქვს ფუძე თვისებები, მას პასუხობს ფუძე Y(ОН)3.
გამოყენება
იტრიუმი კერამიკა
გამახურებელი ელემენტების კერამიკა
იტრიუმის ქრომიტი —ეს არის საუკეთესო წინაღობიანი მაღალტემპერატურული გამახურებლების მასალა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მჟანგავ გარემოში (ჰაერი, ჟანგბადი).
იკ — კერამიკა
«იტრალოქსი»(Yttralox) — არის თორიუმის ორჟანგის და იტრიუმის ოქიდის მყარი ხსნარი. ხილვადი შუქისათვის ეს მასალა გამჭვირვალეა, როგორც მინა, მაგრამ ის ძალიან კარგად ატარებს ინფრაწითელ გამოსხივებას, ამიტომაც მას გამოიყენებენ ინფრაწითელი «ფანჯრების» დასამზადებლად, სპეციალურ აპარატურაში და რაკეტებში, ასევე გამოიყენებენ როგორც საყურებელ «თვალს» მაღალტემპერატურულ ღუმელებში. «იტრიუმ-ლოქსი» დნება მხოლოდ 2207 °C ტემპერატურის დროს.
ცეცხლგამძლე მასალები
იტრიუმის ოქსიდი — ძალიან მდგრადია ჰაერზე გახურების მიმართ, ის ცეცხლგამძლეა, მტკიცდება ტემპერატურის მომატებასთან ერთად (მაქსიმუმ 900—1000 °C-მდე), ვარგისია მთელი რიგი მაღალაქტიური მასალების გამოსადნობად (მათ შორი თვითონ იტრიუმისაც). იტრიუმის ოქსიდი განსაკუთრებულ როლს თამაშობს ურანის ჩამოსხმისას. იტრიუმის ოქსიდის გამოყენების ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან და საპასუხისმგებლო მიმართულებას წარმოადგენს ცეცხლგამძლე მასალად გამოყენება ყველაზე ხარისხიანი და გრძელვადიანი ფოლადჩამოსასხმელი ჭიქებისათვის (თხევადი ფოლადის გამოშვების დოზირების მოწყობილობა), თხევდი ფოლადის მოძრავ ნაკადთან კონტაქტისას იტრიუმის ოქსიდი ყველაზე ნაკლებად განიცდის გამორეცხვას და ეროზიას. ერთადერთი ცნობილი და იტრიუმის ოქსიდზე უფრო მდგრადია თხევადი ფოლადისადმი სკანდიუმის ოქსიდი, მაგრამ ის ძალიან ძვირია.
თერმოელექტრო მასალები
იტრიუმის მნიშვნელოვან ნაერთს წარმოადგენს მისი ტელურიდი. მცირე სიმკვრივის მქონეს, აქვს დნობი მაღალი ტემპერატურა და სიმტკიცე, იტრიუმის ტელურიდს ყველა ტელურიდებს შორის აქვს ერთ-ერთი ყველაზე მაღალი თერმო-ე.მ.ძ., ანუ 921 მკვ/К (ბისმუტის ტელურიდს მაგალითად აქვს 280 მკვ/К) და წარმოადგენს ინტერეს მაღალი მქკ-ს მქონე თერმოელექტროგენერატორების წარმოებისათვის.
ზეგამტარები
იტრიუმ-სპილენძ-ბარიუმის კერამიკის ერთ-ერთი კომპონენტი საერთო ფორმულით YBa2Cu3O7-δ — პერპექტიულია მაღალტემპერატურულ ზეგამტარად, 90 К ზეგამტარობის გადასვლის ტემპერატურით.
იტრიუმის ბერილიდი (როგორც სკანდიუმის ბერილიდი) წარმოადგენს ერთ-ერთ საუკეთესო კონსტრუქციულ მასალას აეროკოსმოსურ ტექნიკაში და დნება მიახლოებით 1920 °C ტემპერატურზე, ჰაერზე ჟანგვას იწყებს 1670 °C გრადუსზე(!). ასეთი მასალების კუთრი სიმტკიცე ძალიან მაღალია, და გამოიყენება როგორც ძაფისმაგვარი კრისტალებით ავსებული მატრიცა, ასეთ მასალებს აქვთ ფანტასტიკური სიმტკიცე და ელასტიურობის მაჩვენებლები.
იტრიუმის შენადნობები
იტრიუმი წარმოადგენს ლითონს, რომელსაც აქვ მთელი რიგი უნიკალური თვისებები, და ეს თვისებები მნიშვნელოვანწილად განსაზღვრავენ მის ძალიან ფართო გამოყენებას მრეწველობაში, და ალბათ მომავალში უფრო მეტად გამოეყენებენ. არალეგირებული სუფთა იტრიუმის სიმტკიცის ზღვარი გახლეჩაზე არის მიახლოებით 300 მპა (30 კგ/მმ²). ლითონური იტრიუმის და მისი შენადნობების ძალიან მნიშვნელოვან თვისებას წარმოადგენს ის გარემოება, რომ როგორც აქტიური ქიმიური ელემენტი, იტრიუმი გახურებისას ჰაერზე იფარება ოქსიდისა და ნიტრიდის ფენით, რომელიც იცავს მას შემდგომი ჟანგვისაგან 1000 °C-მდე. იტრიუმის შენადნობების გამოყენების პერსპექტიულ დარგს წარმოადგენს ავიაკოსმოსური მრეწველობა, ატომური ტექნიკა, მანქანათმშენებლობა. ძალიან მნიშვნელოვანია ის გარემოება, რომ იტრიუმი და მისი ზოგი შენადნობი არ ურთიერთქმედებს გამდნარ ურანთან და პლუტონიუმთან, და საშუალებას იძლევა გამოიყენონ ბირთვულ გაზოფაზურ სარაკეტო ძრავებში.
ლეგირება
ალუმინის ლეგირება იტრიუმით, ზრდის ელექტროგამტარობას 7,5 %-ით.
იტრიუმს აქვს სიმტკიცისა და დნობის ტემპერატურის მაღალი ზღვარი, ამიტომაც შეუძლია გაუწიოს კონკურენცია ტიტანს ყველა დარგში (რადგანაც იტრიუმის შენადნობები უფრო მტკიცეა ვიდრე ტიტანის).
იტრიუმი შეჰყავთ ნიკელისა და ქრომის (ნიქრომის) ცეცხლგამძლე შენადნობებში, გამახურებელი მავთულის ან ლენტის საექსპლუატაციო ტემპერატურის ამაღლების მიზნით და ამ სპირალების გამახურებელი მავთულების მუშაობის ვადის 2—3-ჯერ გაზრდის მიზნით, რასაც უდიდესი ეკონომიკური მნიშვნელობა აქვს (იტრიუმის ადგოლზე სკანდიუმის გამოყენება რამდენიმეჯერ ზრდის შენადნობების ექსპლუატაციის ვადებს).
მაგნიტური მასალები
შეისწავლება მაგნიტური შენადნობის ნეოდიმი-იტრიუმი-კობალტის პერსპექტიურობა.
იტრიუმისა და მისი ნაერთების საფარები
შიგა წვის ძრავების დეტალების იტრიუმით გალვანიზაცია (დეტონაციური და პლაზმური) საშულებას იძლევა გაიზარდოს დეტალების ცვეთისადმი მდგრადობა 400—500-ჯერ ვიდრე ქრომირებული დეტალებისა.
ლუმინოფორები
ევროპიუმის იონებით ლეგირებული იტრიუმის ჟანგი და ვანადატი, გამოიყენება ფერადი ტელევიზორების კინესკოპების წარმოებაში.
ევროპიუმით აქტივირებული იტრიუმის ოქსოსულფიდი, გამოიყენება ლუმინოფორების წარმოებისათვის ფერად ტელევიზორებში (წითელი კომპონენტები), ხოლო თერბიუმით აქტივირებული — შავ-თეთრი ტელევიზიისთვის.
შედუღება
ვოლფრამში იტრიუმის დამატებით მკვეთრად მცირდება გამოსვლის მუშაობა (წმინდა იტრიუმისთვის 3,3 ევ), რაც გამოიყენება იტრიუმირებული ვოლფრამის ელექტროდების დასამზადებლად არგონის შედუღებისას და შეადგენს იტრიუმის ხარჯის, გამოყენების მნიშვნელოვან სტატიას.
იტრიუმის ჰექსაბორიდს აქვს ისევე მცირე გამოსვლის მუშაობა (2,22 ევ) და გამოიყენება ელექტრონული ქვემეხების მძლავრი კათოდების წარმოებისათვის (ელექტრო-სხივური შედუღება და ჭრა ვაკუუმში).
გამოყენების სხვა სფეროები
იტრიუმის ტეტრაბორიდი პოულობს გამოყენებას როგორც ატომური რეაქტორის მართვის მასალა (აქვს ჰელიუმისა და წყალბადის მცირე გამოყოფის თვისება).
იტრიუმის ორთოტანტალატი სენთეზირდება და გამოიყენება რენდგენოკონტრასტული საფარების წარმოებაში.
სინთეზირებული იტრიუმ-ალუმინიანი ძოწები («სიგრანები»), რომლებსაც გააჩნიათ ღირებული ფიზიკო-ქიმიური თვისებები, შეიძლება გამოყენებული იქნან საიუველირო საქმეში ოქრომჭედლობაში, და საკმაოდ დიდი ხანია გამოიყენება როგორც ტექნოლოგიური და შედარებით იაფ მყარსხეულიან ლაზერებში. მნიშვნელოვან სალაზერო მასალას წარმოადგენს - იტრიუმ-სკანდიუმ-ჰელიემიანი ძოწი (ისჰძ).
იტრიუმის ფერიტი გამოიყენება სუპერ -ეგმ-ში, თუმცა ის რამდენიმეჯერ ჩამორჩება სკანდიუმის ფერიტს, ის შედარებით იაფია.
იტრიუმ-რკინის ჰიდრიდი გამოიყენება როგორც წყალბადის აკუმულატორი, მაღალი ტევადობით და საკმაოდ იაფიცაა.
იტრიუმის ღირებულება
წმინდა იტრიუმი 99—99,9 % ღირს საშუალოდ 115—185 $ - 1 კგ.
რესურსები ინტერნეტში
იტრიუმი Webelements-ზე
იტრიუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
სქოლიო