化学元素
钇(Yttrium),元素周期表第五周期第3族(钪分族)过渡金属元素,元素符号Y,原子序数39,相对原子质量88.9059。硬度小的银白色金属,六方晶系。相对密度为4.472g/cm3,熔点1522℃,沸点3345℃。电阻率57.0×10-8Ω·m(20℃)。
研究简史
1787年,卡尔·阿克塞尔·阿列纽斯在瑞典伊特比附近发现了一种新的矿石,即硅铍钇矿,并根据发现地村落的名称将它命名为“Ytterbite”。
1789年,约翰·加多林在阿列纽斯的矿物样本中,发现了氧化钇。安德斯·古斯塔夫·埃克贝格把这一氧化物命名为“Yttria”。
1828年,弗里德里希·维勒首次分离出钇的单质。
理化性质
物理性质
钇为深灰色全属,暴露于光中则变暗,其性质与稀土金属极相似。原子量88.9059,相对密度4.472g/cm3,熔点1522℃,沸点3345℃。
钇粉末在空气中很不稳定,其金属屑在400℃以上的空气中即可燃烧。钇金属在氮气中加热至1000℃后会形成氮化钇(YN)。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℃以上温度,钇可以和各种卤素形成三卤化物,如三氟化钇(YF3)、三氯化钇(YCl3)和三溴化钇(YBr3)。碳、磷、、硅和硫在高温下也都可以和钇形成二元化合物。
化学性质
金属钇在空气中会慢慢失去光泽。钇可以在空气中迅速燃烧,生成氧化钇(Ⅲ)(Y2O3)。
钇粉或加热后的金属钇可以与水发生反应,生成含有水合Y(Ⅲ)的溶液和氢气。
金属钇与氟气(F2)、氯气(Cl2)、溴单质(Br2)、碘单质(I2)分别剧烈反应,生成三卤化物氟化钇(Ⅲ)(YF3)、氯化钇(Ⅲ)(YCl3)、溴化钇(Ⅲ)(YBr3)和碘化钇(Ⅲ)(YI3)。
金属钇可以迅速溶于稀盐酸中,生成含有水合Y(Ⅲ)离子的溶液和氢气(H2)。
同位素
在自然界中只有Y-89一种同位素,其它25种已知的同位素都是人造的。人造同位素中比较稳定的有Y-88(半衰期106.65日)、Y-91(半衰期58.51日)和Y-87(半衰期79.8小时),其它同位素的半衰期都小于一日。Y-89以下的同位素的衰变模式主要是电子捕获,Y-89以上的同位素的主要衰变模式是β衰变。
制备方法
钇可以进行工业化生产,所以在实验室中很少制备它。钇存在于稀土矿物中。从矿石中把钇和其他稀土元素分离出来的过程非常复杂。首先,用硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)把稀土金属以盐的形式浸取出来。然后纯化这些盐,现在可用于分离纯化这些盐的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。最后用金属钙还原YF3,可以得到纯净的钇。
分布情况
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。它是稀土元素中含量最丰富的元素之一,主要存在于硅铍钇矿、黑稀土矿和磷钇矿中,也存在于独居石和氟碳废矿中,但从不以单质出现。钇还存在于核裂变产物中,自然界中存在的钇全部为稳定同位素钇-89。主要分布在中国、美国、澳大利亚、印度、马来西亚和巴西等国家,其中40%以上集中分布在中国。
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。钇主要积累在肝、肾、脾、肺和骨骼当中。人体内约有0.5毫克的钇,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,是植物中已知含量最高的。
应用领域
工业
钇在工业中用途很广,它可用作钇磷光体使电视屏幕产生红色彩,还用于某些射线的滤波器、超导体和超合金及特种玻璃。钇耐高温和耐腐蚀,可作核燃料的包壳材料。钇与多种氨羧配合剂能生成稳定的螯合物;含钕的钇铝石榴石是优良的激光材料,钇铁石榴石是优良的激光材料,钇铁石榴石和钇铝石榴石是新型磁性材料。
添加少量的钇(0.1%至0.2%)可以降低铬、钼、钛和锆的晶粒度,提升其在强度、塑性、韧性等方面的综合力学性能。在合金中加入钇,也可以增强铝合金和镁合金的材料强度,使材料能抵抗高温再结晶,降低加工程序的难度,并且大大提高对高温氧化的抵御能力。
医学
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,一般被认定为成功的治疗,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。
超导体
1987年,阿拉巴马大学和休斯顿大学研发了钇钡铜氧(YBa2Cu3O7,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。
中国二代钇系高温超导电缆项目已经在天津开始建设,新型硅酸钇鲁晶体的研制已经获得成功;掺钕氧化镧钇激光透明陶瓷研究取得重大突破。
安全措施
防护措施
生产操作时应戴防护眼镜,以防止眼接触的可能性。生产现场应备洗眼剂。
急救方法
如进入眼中,立即用水冲洗;如接触皮肤,用肥皂和水清洗;如大量吸入,立即移离现场,必要时,进行人工呼吸;如被吞服,服以大量水,诱吐,洗胃,严重者送医院救治。
毒理资料
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。
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。
储存运输
储存方法
将容器密封,储存于阴凉、干爽的地方。切勿与酸性、氧化剂、碱金属、空气接触。
运输方法
钇及其化合物可能属于危险品(如腐蚀性或放射性物质),运输前需按国际标准(如UN编号)分类,并正确标注危险类别、包装等级及应急联系方式。‌
相关法规
2025年4月,中华人民共和国商务部决定对钇相关物项实施出口管制。
(一)1C908.a 金属钇、含钇的合金及相关制品:
1. 金属钇(参考海关商品编号:2805301700)。
2. 含钇的合金:
a. 钇铝合金;
b. 钇镁合金;
c. 钇镍合金;
d. 钇铜合金;
e. 钇铁合金。
3.含钇的靶材(参考海关商品编号:3824999922、8486909110):
a. 钇靶;
b. 钇铝合金靶;
c. 钇锆合金靶。
(二)1C908.b氧化钇及其混合物(参考海关商品编号:2846901100、2846901993、3824999922)。
(三)1C908.c含钇的化合物及其混合物(参考海关商品编号:2846902600、2846902810、2846903600、2846903910、2846904600、2846904820、2846909690、2846909920、3824999922)。
参考资料
最新修订时间:2025-12-05 19:33
目录
概述
研究简史
理化性质
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