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| 外觀 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 銀白色 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 概況 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 名稱·符號·序數 | 釔(Yttrium)·Y·39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 元素類別 | 過渡金屬 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 族·週期·區 | 3·5·d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子質量 | 88.905838(2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电子排布 | [Kr] 4d1 5s2 2, 8, 18, 9, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歷史 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 發現 | 約翰·加多林(1794年) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分離 | 卡爾·古斯塔夫·莫桑德(1840年) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物態 | 固體 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度 | (接近室温) 4.472 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熔点時液體密度 | 4.24 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熔点 | 1799 K,1526 °C,2779 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸點 | 3203 K,2730 °C,5306 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熔化热 | 11.42 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 汽化热 | 363 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 比熱容 | 26.53 J·mol−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸氣壓
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| 原子性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 氧化态 (粗体为常见氧化态) | 3, 2, 1(鹼性氧化物) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电负性 | 1.22(鲍林标度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电离能 | 第一:600 kJ·mol−1 第二:1180 kJ·mol−1 第三:1980 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子半径 | 180 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共价半径 | 190±7 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 釔的原子谱线 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 雜項 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 晶体结构 | 六方密堆積 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁序 | 順磁性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电阻率 | (室溫)(α、多晶)596 n Ω·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱導率 | 17.2 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 热膨胀系数 | (室溫)(α、多晶) 10.6 µm/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 聲速(細棒) | (20 °C)3300 m·s−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 杨氏模量 | 63.5 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 剪切模量 | 25.6 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 体积模量 | 41.2 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 泊松比 | 0.243 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 布氏硬度 | 589 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS号 | 7440-65-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 同位素 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主条目:釔的同位素 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1787年,卡爾·阿克塞爾·阿列紐斯在瑞典伊特比附近發現了一種新的礦石,即硅鈹釔礦,並根據發現地村落的名稱將它命名為「Ytterbite」。約翰·加多林在1789年於阿列紐斯的礦物樣本中,發現了氧化釔。安德斯·古斯塔夫·埃克貝格把這一氧化物命名為「Yttria」。弗里德里希·維勒在1828年首次分離出釔的單質。
釔的最大用途在於磷光體的生產,特別是紅色LED和電視機陰極射線管(CRT)顯示屏的紅色磷光體。釔元素也被用於激光器、電極、陶瓷電解質、電子濾波器和超導體中,也有多項醫學和材料科學上的應用。釔在生物體中沒有已知的生理作用,人類吸入釔化合物可能導致肺病。
性質
釔是一種質軟、帶光澤的銀白色金屬,在元素週期表中屬於3族,是第五週期的首個d區元素。根據週期表的趨勢,它的電負性比同族的較輕元素鈧和同週期的下一個元素鋯都要低。然而,由於鑭系收縮現象的影響,釔的電負性也低於較重的同族元素鑥。
成塊的純釔在空氣中會在表面形成保護性氧化層(Y
2O
3),這種“鈍化”過程使它相對穩定。在水蒸氣中加熱至750 °C時,保護層的厚度可達10微米。不過釔粉末在空氣中很不穩定,其金屬屑在400 °C以上的空氣中即可燃燒。釔金屬在氮氣中加熱至1000 °C後會形成氮化釔(YN)。
與鑭系元素的相似性
釔元素的性質和鑭系元素十分相似,所以一直以來都與它們一起被歸為稀土元素。自然中的釔一定與鑭系元素共同出現在稀土礦物中。
比起上方的鈧,釔在化學屬性上更接近鑭系元素,尤其是鋱、鏑、鈥、鉺等重鑭系元素。如果以物理屬性對原子序數作圖,則釔的物理性質根據趨勢將落在原子序64.5和67.5之間,即位於鑭系元素釓~鉺之間。
釔的反應級數一般也落在這個區間之內,其化學反應活性與鋱和鏑相近。釔的離子半徑與屬於「釔族」的重鑭系元素幾乎相同,所以它們的離子在溶液中的屬性十分接近。雖然所有鑭系元素在元素週期表中都位於釔下方的一行,但釔在多方面卻都表現出與它們極為相似的性質,這是由於鑭系收縮現象,造成Y3+的離子半徑落在鑭系元素序列的Er3+附近所致。
釔和鑭系元素間最大的差異在於,釔幾乎只會形成+3價的離子及化合物,但鑭系元素中大約半數都可以形成+2或+4等可變價態。此外,釔的密度也顯著低於所有鑭系元素。
化合物及反應
釔可以形成各種無機化合物,氧化態一般為+3,其中釔原子失去其3顆價電子。例如白色、固態的氧化釔(III)(Y
2O
3)就是一種六配位的三價釔化合物。
釔可以形成不溶於水的氟化物、氫氧化物和草酸鹽,以及可溶於水的溴化物、氯化物、碘化物、硝酸鹽和硫酸鹽。Y3+離子在溶液中無色,因為它的d和f電子殼層中缺乏電子。
釔及其化合物會和水產生反應,形成Y
2O
3。濃硝酸和氫氟酸不會對釔產生快速侵蝕,但其他的強酸則可以快速侵蝕釔,产生钇盐。
在200 °C以上溫度,釔可以和各種鹵素形成三鹵化物,如三氟化釔(YF
3)、三氯化釔(YCl
3)和三溴化釔(YBr
3)。碳、磷、硒、矽和硫在高溫下也都可以和釔形成二元化合物。
釔的有機化合物中都含有碳﹣釔鍵,其中一些化合物中的釔呈0氧化態。(科學家在氯化釔熔體中曾觀測到+2態,以及在釔氧原子簇中觀測到+1態。)有機釔化合物可以催化某些三聚反應。這些化合物的合成過程都從YCl
3開始,而YCl
3則是經Y
2O
3與濃盐酸和氯化銨進行反應所得。
哈普托數指中心原子對於周邊配位體原子的配位數,符號為η。科學家首次在釔配合物中發現碳硼烷配位體能以η7哈普托數與d0金屬中心原子進行配位。石墨層間化合物石墨-Y和石墨-Y
2O
3在氣化後會產生內嵌富勒烯,例如Y@C82。電子自旋共振研究顯示,這種富勒烯是由Y3+和(C82)3−離子對所組成的。Y3C、Y2C和YC2等碳化物在水解後會形成烴。
核合成及同位素
太陽系中的釔元素是在恒星核合成過程中產生的,大部份經S-過程(約72%),其餘的經R-過程(約28%)。在R-過程中,輕元素在超新星爆炸中進行快中子捕獲;而在S-過程中,輕元素在紅巨星脈動時,在星體內部進行慢中子捕獲。
在核爆炸和核反應爐中,釔同位素是鈾裂變過程中的一大產物。在核廢料的處理上,最重要的釔同位素為91Y和90Y,半衰期分別為58.51天和64小時。雖然90Y的半衰期短,但它與其母同位素鍶-90(90Sr)處於長期平衡狀態(即產生率接近衰變率),實際半衰期為29年。
所有3族元素的原子序都是奇數,所以穩定同位素很少。釔只有一種穩定同位素89Y,這也是它唯一一種自然同位素。在S-過程當中,經其他途徑產生的同位素有足夠時間進行β衰變(中子轉換為質子,並釋放電子和反微中子)。中子數為50、82和126的原子核(原子量分別為90、138和208)特別穩定,所以這種慢速過程使這些同位素能夠保持其較高的豐度。89Y的質量數和中子數分別靠近90和50,所以其豐度也較高。
釔的人工合成同位素已知至少有32種,原子質量數在76和108之間。其中最不穩定的同位素為106Y,半衰期只有>150納秒(76Y的半衰期為>200納秒);最穩定的則為88Y,半衰期為106.626天。91Y、87Y和90Y的半衰期分別為58.51天、79.8小時和64小時,而其餘所有人造同位素的半衰期都在一天以下,大部份甚至不到一小時。
質量數在88或以下的釔同位素的主要衰變途徑是正電子發射(質子→中子),形成鍶(原子序為38)的同位素;質量數在90或以上的則進行電子發射(中子→質子),形成鋯(原子序為40)的同位素。另外質量數在97或以上的同位素亦會進行少量β−緩發中子發射。
釔的同核異構體至少有20種,質量數在78和102之間。80Y和97Y的同核異構體超過一個。釔的大部份同核異構體的穩定性都比基態更低,但78mY、84mY、85mY、96mY、98m1Y、100mY和102mY的半衰期都比它們的基態更高。這是因為這些同核異構體都進行β衰變,而不進行同核異構體轉換。
歷史
1787年,同時為陸軍中尉和兼職化學家的卡爾·阿克塞爾·阿列紐斯(Carl Axel Arrhenius)在瑞典伊特比村(現屬於斯德哥爾摩群島)附近的一處舊採石場發現了一塊黑色大石。他認為這是一種未知礦石,含有當時新發現的鎢元素,並將其命名為「Ytterbite」。樣本被送往多個化學家作進一步分析。
奧布皇家學院的約翰·加多林於1789年在阿列紐斯的樣本中發現了一種新的氧化物,並於1794發佈完整的分析結果。安德斯·古斯塔夫·埃克貝格(Anders Gustaf Ekeberg)在1797年證實了這項發現,並把氧化物命名為「Yttria」。在安東萬·拉瓦節提出首個近代化學元素定義之後,人們認為氧化物都能夠還原成元素,所以發現新氧化物就等同於發現新元素。對應於Yttria的元素因此被命名為「Yttrium」。
1843年,卡爾·古斯塔夫·莫桑德(Carl Gustaf Mosander)發現,該樣本中其實含有三種氧化物:白色的氧化釔(Yttria)、黃色的氧化鋱(Erbia)以及玫紅色的氧化鉺(Terbia)。1878年,讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞(Jean Charles Galissard de Marigna)分離出第四種氧化物氧化鐿。這四種氧化物所含的新元素都以伊特比命名,除釔以外還有鐿(Ytterbium)、鋱(Terbium)和鉺(Erbium)。在接下來的數十年間,科學家又在加多林的礦石樣本中發現了7種新元素。馬丁·海因里希·克拉普羅特(Martin Heinrich Klaproth)後將這種礦物命名為加多林礦(Gadolinite,即矽鈹釔礦),以紀念加多林為發現這些新元素所做出的貢獻。
1828年,弗里德里希·維勒把無水三氯化釔和鉀一同加熱,首次產生了釔金屬:
釔的化學符號最初是Yt,直到1920年代初才開始轉為Y。
1987年,科學家發現釔鋇銅氧具有高溫超導性質。它是第二種被發現擁有這種性質的物質,而且是第一種能在氮的沸點以上達到超導現象的物質。
存量
豐度
釔元素出現在大部份稀土礦物和某些鈾礦中,但從不以單質出現。釔在地球地殼中的豐度約為百萬分之31,在所有元素中排第28位,是銀豐度的400倍。泥土中的釔含量介乎百萬分之10至150間(去水後平均重量佔百萬分之23),在海水中含量為一兆(萬億)分之9。美國阿波羅計劃期間從月球採得的岩石樣本中含有較高的釔含量。
釔元素沒有已知的生物用途,但幾乎所有生物體內都存在少量的釔。進入人體後,釔主要積累在肝、腎、脾、肺和骨骼當中。一個人體內一共只有約0.5毫克的釔,而人乳則含有百萬分之4的釔。在食用植物中,釔的含量在百萬分之20至100之間(鮮重),其中以捲心菜為最高;木本植物種子中的含量為百萬分之700,是植物中已知最高的。
生產
釔的化學性質與鑭系元素非常相似,所以經過各種自然過程,這些元素都一同出現在稀土礦中。
稀土元素共有四種來源:
- 含碳酸鹽和氟化物的礦石,如氟碳鈰礦([(Ce, La, …)(CO3)F]),平均釔含量為0.1%。1960年代至1990年代間,氟碳鈰礦的主要來源是美國加州山口(Mountain Pass)稀土礦場,因此美國是這段時期稀土元素的最大產國。
- 獨居石(即磷鈰鑭礦,[(Ce, La, …)PO4])是一種漂沙沉積物,為花崗岩移動及重力分離之後的產物。獨居石含2%(或3%)的釔。20世紀初的最大礦藏位於印度和巴西,兩國當時是最大產國。
- 磷釔礦是一種含有稀土元素的磷酸鹽礦物,其中包括磷酸釔(YPO4),礦物的釔含量約為60%。最大礦藏是位於中國內蒙古的白雲鄂博鐵礦。在1990年代山口稀土礦場關閉之後,中國繼而成為目前稀土元素的最大產國。
- 離子吸附型粘土是花崗岩的風化產物,含1%的稀土元素。處理後的精礦的釔含量可以達到8%。離子吸附型粘土主要在中國南部開採生產。釔也出現在鈮釔礦和褐鈮釔礦中。
從混合氧化物礦中提取純釔的其中一種方法是把樣本溶於硫酸,再以離子交換層析法進行分離。加入草酸後,草酸釔會沉澱出來。草酸釔在氧氣中加熱,會轉化為氧化釔,再與氟化氫反應後變為氟化釔。使用季銨鹽作為萃取劑,釔會維持水溶狀態。以硝酸鹽作抗衡離子,可以去除輕鑭系元素;以硫氰酸鹽作抗衡離子,可以去除重鑭系元素。這種過程可以產生純度為99.999%的釔。一般釔佔重稀土元素混合物的三分之二,所以為了方便分離其他的稀土元素,須先移除釔元素。
全球氧化釔年產量在2001年達到600噸,儲備量估計有9百萬噸。鈣鎂合金可以把三氟化釔還原成海綿狀釔金屬,如此生產出的釔金屬每年不到10噸。電弧爐所達到的1,600 °C溫度足以熔化釔金屬。
應用
日用品
氧化釔(Y
2O
3)可以做摻Eu3+過程中所用的主體晶格,以及正釩酸釔YVO4:Eu3+或氧硫化釔Y
2O
2S:Eu3+磷光體的反應劑。這些磷光體在彩色電視機的顯像管中能產生紅光。實際上紅光是銪所產生的,釔只是把电子枪的能量傳遞到磷光體上。釔化合物還可以為不同鑭系元素陽離子做摻雜過程的主體晶格,除了Eu3+外,還有能發出綠光的摻Tb3+磷光體。氧化釔可以在多孔氮化矽的生產過程中作燒結添加劑。它還是材料科學中的常用原料,許多釔化合物的合成也需要從氧化釔開始。
釔同位素可以催化乙烯的聚合反應。一些高性能火花塞的電極以釔金屬作為材料。在丙烷燈網罩的生產過程中,釔可以代替具有放射性的釷元素。
釔穩定氧化鋯是一種正在研發當中的材料,可以做固態電解質,以及在汽車排氣系統中用於探測氧含量。
石榴石
釔可以用來生產各種合成石榴石。釔鐵石榴石(Y
3Fe
5O
12,簡稱YIG)是十分有效的微波電子濾波器,生產就需用到氧化釔。釔、鐵、鋁和釓石榴石(如Y3(Fe,Al)5O12和Y3(Fe,Ga)5O12)具有重要的磁性質。釔鐵石榴石是一種高效聲能發射器和傳感器。釔鋁石榴石(Y
3Al
5O
12,簡稱YAG)的莫氏硬度為8.5,能當寶石作首飾之用(人造鑽石)。摻鈰的釔鋁石榴石(YAG:Ce)晶體可用在白色發光二極體的磷光體中。
釔鋁石榴石、氧化釔、氟化釔鋰(LiYF
4)和正釩酸釔(YVO
4)可以用在近紅外線激光器中,可用的摻雜劑包括釹、鉺和鐿。釔鋁石榴石激光器能夠在大功率下運作,可應用在金屬鑽孔和切割上。單個釔鋁石榴石晶體一般是經由柴可拉斯基法生產出來的。
材料增強
添加少量的釔(0.1%至0.2%)可以降低鉻、鉬、鈦和鋯的晶粒度。它也可以增強鋁合金和鎂合金的材料強度。在合金中加入釔,可以降低加工程序的難度,使材料能抵抗高溫再結晶,並且大大提高對高溫氧化的抵禦能力。
釔還能對釩以及其他非鐵金屬進行去氧。氧化釔可以穩定立方氧化鋯的結構,使它適合作為首飾。
科學家正在研究釔的球化性質,這可能有助生產球墨鑄鐵。如此生產出來的鑄鐵具有較高的延展性(石墨形成小球,而非薄片)。氧化釔熔點高,可抵抗衝擊,且熱膨脹係數也較低,因此能用來製造陶瓷和玻璃,例如某些照相機鏡頭。
醫學
釔-90是一種放射性同位素,被用在依多曲肽及替伊莫單抗等抗癌藥物中,可治療淋巴癌、白血病、卵巢癌、大腸癌、胰腺癌和骨癌等等。該藥物會附在單克隆抗體上,與癌症細胞結合後以釔-90的強烈β輻射把癌細胞中的DNA產生變異,經過半衰期間內的放射曝露,之後經由生物轉殖的特性,致使癌細胞DNA無法繼續往下轉錄繁衍,一般被仍定為成功的治療,約需經過3-6個月的觀察週期而論。不過釔-90仍舊屬於局部放射療法之一,仍舊可能帶給患者急性肝衰竭等不可預期的傷害。
用釔-90做的針頭可以比解剖刀更加精確,可用於割斷脊髓裡的疼痛神經。在治療類風濕性關節炎時,釔-90還能用在發炎關節的滑膜切除術中,特別針對膝蓋部位。
曾有實驗在犬類身上用摻釹的釔鋁石榴石激光來進行前列腺切除術,手術由機械人協助,能夠降低對周邊神經等組織的損傷。摻鉺的釔鋁石榴石則開始被用在磨皮整容手術上。
超導體
1987年,阿拉巴馬大學和休斯頓大學研發了釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7,又稱YBCO或1-2-3)超導體。它可以在93 K溫度下運作,比液氮的沸點(77.1 K)要高。其他超導體都必須使用價格更高的液氦降溫,所以這項發現能降低成本。
實際超導材料的化學式為YBa2Cu3O7–d,其中d必須低於0.7才會使材料成為超導體。具體原因未知,但目前科學家知道在晶體內只有某些位置會出現空缺,即位於氧化銅平面和鏈上。這造成銅原子擁有奇特的氧化態,這再因某種原因引致了超導性質。
BCS理論在1957年被發佈之後,人們對低溫超導的認知已經非常詳盡了。這種現象與兩顆電子在一個晶格當中的特殊交互作用相關。然而高溫超導卻在這一理論的解釋範圍外,其確切原理仍是未知的。實驗所得出的結果指出,材料中氧化銅份量必須十分準確才能帶出超導性質。
這一物質呈黑綠色,為一多晶、多相態礦物。科學家正在研究一類成份比例不同的物質,稱為鈣鈦礦,並希望能最終研發出一種更為實用的高溫超導體。
安全性
水溶釔化合物具微毒性,但非水溶化合物則不具毒性。動物實驗顯示,釔及其化合物會造成肝和肺的破壞,但不同化合物的毒性程度各異。老鼠在吸入檸檬酸釔後,產生肺水腫和呼吸困難,吸入氯化釔後則有肝性水腫、胸腔積液及肺充血等症狀。
釔化合物對人類可引致肺病。釩酸釔銪飄塵會對人的眼部、皮膚和上呼吸道有輕微的刺激,但這可能是飄塵的釩成份所導致的,而不是釔。短期暴露在大量釔化合物中,會引致呼吸急促、咳嗽、胸部疼痛以及發紺。美國國家職業安全衛生研究所(NIOSH)所建議的允許暴露限值為1 mg/m3,超過500 mg/m3時屬於「即時對生命或健康造成危險」。雖然成塊的釔金屬在空氣中相對穩定,但釔金屬粉末卻屬於易燃物。
備註
- 參見:幻數。這些原子核的中子捕獲截面很低,所以穩定性異常高。(Greenwood 1997,第12–13頁)這些同位素不易發生β衰變,所以擁有較高的豐度。
- 同核異構體亦稱亞穩態,其能量比處於基態的原子核更高。亞穩態在釋放伽馬射線或轉換電子之後,才會回到基態。亞穩態以同位素質量數旁的「m」表示。
- 「Ytterbite」取自發現地村名「Ytterby」,而「-bite」則是礦物的通用後綴。
- Stwertka 1998, p. 115稱加多林在1789年發現該氧化物,但未指何時發佈。Van der Krogt 2005引用原文獻,并註明1794年加多林著。
- 氧化物名稱均以「-a」結尾,而新元素名則一般以「-ium」結尾。
- 鋱和鉺的名稱分別是Terbium和Erbium,但兩者的氧化物卻分別稱為「Erbium」和「Terbium」,拼法相反。
- 釔鋇銅氧的超導臨界溫度(Tc)為93 K,而氮的沸點為77 K。
書目
- Daane, A. H. Yttrium. Hampel, Clifford A. (编). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. 1968: 810–821. LCCN 68-29938.
- Emsley, John. Yttrium. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. 2001: 495–498. ISBN 0-19-850340-7.
- Gadolin, Johan. Undersökning af en svart tung Stenart ifrån Ytterby Stenbrott i Roslagen. Kongl. Vetenskaps Academiens Nya Handlingar. 1794, 15: 137–155.
- Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.
- Stwertka, Albert. Yttrium. Guide to the Elements Revised. Oxford University Press. 1998: 115–116. ISBN 0-19-508083-1.
- van der Krogt, Peter. 39 Yttrium. Elementymology & Elements Multidict. 2005-05-05 [2008-08-06]. (原始内容存档于2021-05-12).
外部連結
- 元素钇在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 钇(英文)
- 元素钇在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素钇在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 钇(英文)
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