Yttrium

Eigenschaften
[Kr]4d15s2 39 Y Periodensystem
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	3 · 10-3 %
Atomar
Atommasse	88,90585 u
Atomradius (berechnet)	180 (212) pm
Kovalenter Radius	162 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr]4d15s2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 9, 2
1. Ionisierungsenergie	600 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1180 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	1980 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	-
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	4,472 g/cm3
Mohshärte	2,5
Schmelzpunkt	1799 K (1526 °C)
Siedepunkt	3609 K (3336 °C)
Molares Volumen	19,88 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme	363 kJ/mol
Schmelzwärme	11,4 kJ/mol
Dampfdruck	5,31 Pa bei 1799 K
Schallgeschwindigkeit	3300 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	300 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	1,66 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	17,2 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3
Oxide (Basizität)	Y2O3 (schwach basisch)
Normalpotential	-2,372 V (Y3+ + 3e- → Y)
Elektronegativität	1,22 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM 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
NMR-Eigenschaften
Spin γ in rad·T−1·s−1 E fL bei B = 4,7 T in MHz 89Y -1/2 1,311 · 107 0,000118 9,8
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1] Pulver 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 im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Y und der Ordnungszahl 39. Das silbern glänzende Übergangsmetall zählt aufgrund seiner Elektronenkonfiguration zu den Seltenerdmetallen. Yttrium ist nach dem ersten Fundort, der Grube Ytterby bei Stockholm, benannt, wie auch Ytterbium, Terbium und Erbium.

Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Vorkommen 3 Gewinnung und Darstellung 4 Eigenschaften 5 Verwendung 6 Biologie 7 Verbindungen 8 Einzelnachweise 9 Weblinks

Geschichte

Yttrium (von Ytterby, Grube in der Nähe der schwedischen Hauptstadt Stockholm) 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

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 mit bis zu 3 % Yttrium sowie Bastnäsit mit 0,2 % Yttrium. 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 Maintain Pass Mine in Californien, die bis in die 90er Jahre des 20. Jahrhunderts 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

Die Trennung der Seltenen Erden voneinander ist ein aufwändiger Schritt in der Produktion von Yttrium. Fraktionierte Kristallisation von Salzlösungen war zuanfang 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

Yttrium ist an der Luft relativ beständig, dunkelt dabei aber unter Lichteinfluss nach. 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.

Verwendung

Metallisches Yttrium wird in der Reaktortechnik für Rohre verwendet. Eine Yttrium-Cobalt-Legierung kann als Permanentmagnet 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. Technisch wichtiger sind die oxidischen Yttriumverbindungen:

• Yttrium-Nitrat als Beschichtungsmaterial in einem Glühstrumpf
• Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dient als Laserkristall
• Yttrium-Eisengranat (YIG) als Mikrowellenfilter
• Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid als Elektrolyt in Brennstoffzellen (SOFC)

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 Yttriumkeramiken eingesetzt in:

• Lambda-Sonden
• Supraleitern (z. B. Yttrium-Barium-Kupferoxid). Siehe YBaCuO
• ODS-Legierungen

Als reiner Beta-Strahler wird ⁹⁰Yttrium in der Nuklearmedizin zur Therapie eingesetzt, zum Beispiel zur Radiosynoviorthese.

Biologie

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

Verbindungen

• Yttriumoxid Y₂O₃ (CAS: 1314-36-9)
• Yttrium-Aluminium-Granat Y₃Al₅O₁₂
• Yttrium-Eisen-Granat Y₃Fe₅O₁₂
• Yttriumhydrid YH₃, (CAS: 13598-57-7, thermisch stabiles Hydrid für die Kerntechnik) und YH₂ (CAS: 13598-35-1)
• Yttriumfluorid YF₃ (CAS: 13709-49-4)
• Yttriumchlorid YCl₃ (CAS: 10361-92-9)
• Yttriumbromid YBr₃ (CAS: 13649-98-2)
• Yttriumiodid YI₃ (CAS: 13470-38-7)
• Yttriumsulfid Y₂S₃ (CAS: 12039-19-9)

Einzelnachweise

1. ↑ Eintrag zu Yttrium in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 28. März 2008 (JavaScript erforderlich)

Weblinks

• WebElements.com - Yttrium
• Periodensystem für den Schulgebrauch, chemie-master.de - Yttrium
• EnvironmentalChemistry.com - Yttrium