Иттрий. Это слово похоже на боевой клич индейцев. Или на имя какого-то древнеримского императора (опять!). Однако нет, такого человека не было в истории этой планеты. Иттрий – это химический элемент с 39 протонами в атомном ядре. Малоизвестный в средней полосе России переходной металл.
Если внимательно посмотреть на периодическую таблицу химических элементов имени Дмитрия Ивановича Менделеева, то можно увидеть, что как правило иттрий находится в ней чуть ниже скандия.
Кто открыл иттрий?
Как и скандий, этот металл долгое время считался редкоземельным элементом. Но сегодня он классифицируется как «переходный металл». Иттрий имеет очень стереотипную внешность – серебристый цвет и классический внешний вид обыкновенного металла. В чистом виде в природе он не встречается. Поэтому нет абсолютно никакой надежды на то, что, копая в огороде у тёщи картошку Вы случайно наткнётесь на колоссальные залежи иттрия.
Впервые иттрий был обнаружен при проведении химических экспериментов по выделению новых элементов в 18 веке. Хотя он и не был первооткрывателем элемента, но все началось со шведа Карла Акселя Аррениуса.
Этот человек был офицером. Артиллеристом. Он служил в шведской армии. После нескольких месяцев плотной работы с порохом в закрытом непроветриваемом помещении Аррениус вдруг обнаружил в себе непреодолимую страсть к химии и минералогии. При любой возможности, как только его профессиональные обязанности позволяли ему, он посвящал себя химическим исследованиям. И в итоге стал членом Шведской королевской академии наук!
Однажды (дело происходило в 1787 году), находясь в Ваксхольме, Аррениус внезапно, чтобы никто не догадался, посетил рудник, в котором велась добыча полевого шпата. Дело происходило недалеко от города Иттербю. И там наш герой, прокрадываясь на цыпочках в темноте к ничего не подозревающим рабочим чтобы испугать их, вдруг обо что-то споткнулся и упал лицом в пыль. Шутка сорвалась. Однако наш весёлый артиллерист не растерялся. Он решил узнать, что стало причиной его падения. И нашёл в том месте, где произошёл конфуз, необычайно плотный и очень тёмный минерал. Который ни он, ни кто-либо из его знакомых и друзей не смог идентифицировать. Это была доселе неизвестная горная порода. Новый минерал первоначально был назван иттербитом. Однако это название просуществовало недолго.
Химики и их работа
Аррениус нюхал и кусал найденный камень. И даже пытался его варить. Но обязанности военной службы, постоянные наряды, караулы и патрулирование прилегающих территорий не давали возможности офицеру как следует заняться изучением загадочного минерала. И тогда иттербит был отправлен по почте химику Юхану Гадолину из Университета Або, который находился на территории современной Финляндии.
Гадолин получил образец странной породы, обнаруженной Аррениусом, в 1792 году. И сделал то, что сделал бы на его месте любой химик того времени, когда сталкивался с чем-то новым: попытался разделить компоненты иттербита.
Оказалось, что неизвестная порода была в основном силикатной. И большинство металлов и солей, которая она содержала, были известны науке. Однако она содержала и некий неизвестный элемент.
Минерал, открытый Аррениусом, вдруг изменил своё название. И в честь Юхана Гадолина был назван гадолинитом. Чуть позже выяснилось, что открытый Гадолином ранее неизвестный материал оказался не чистым элементом, а оксидом какого-то неизвестного ранее химического элемента. Этот новый элемент получил название иттрий.
Чистый иттрий путём взаимодействия хлорида иттрия с калием впервые получил немец Фридрих Вёлер. Это произошло в 1828 году.
Его много
Первоначально предполагалось, что иттрий очень редкий химический элемент. Однако это оказалось совсем не так. В земной коре его примерно в четыреста раз больше, чем, например, серебра. Около 0,003% земной коры – это иттрий. Может показаться, что это очень мало. Однако это не так. Это огромное количество. Просто дело в том, что иттрий не встречается в природе в чистом виде. И его очень трудно извлекать и идентифицировать. Гораздо труднее, чем, например, упомянутое выше серебро.
Тот факт, что чистый иттрий в природе не встречается, вовсе не означает, что это химически невозможно. Этот случай не похож, например, на ситуацию с натрием, который почти мгновенно окисляется кислородом. По типу своего окисления иттрий больше похож на алюминий. На его поверхности образуется защитный слой из оксида, благодаря чему внутренняя часть любого куска иттрия остаётся нетронутой процессами окисления.
Причина редкости иттрия двояка. С одной стороны, он достаточно хорошо вступает в химические реакции. И при образовании Земли он ассоциировался с другими элементами: кремнием, углеродом и кислородом. А ещё он хорошо взаимодействует с водой. С образованием оксидов. Поэтому иттрий никак не мог долго существовать в природе в чистом виде.
На самом деле трудность получения чистого иттрия не в том, что его мало. Это не так, как мы уже выяснили. А в том, что его сложно выделить. Этот металл настолько похож на редкоземельные элементы, что отделить его от них очень сложно.
Ежегодное мировое производство оксида иттрия составляет около 8000 тонн. Что является весьма незначительным количеством по сравнению с другими более известными элементами. И, если Вы обратили внимание, производится в основном не чистый иттрий, а его оксид. Мировое производство чистого иттрия исчезающе мало.
Никому не нужно
На самом деле потребности в оксиде иттрия в настоящее время не так уж и велики. Раньше он широко использовался для изготовления электронно-лучевых трубок (тех, что использовались в старых телевизорах и мониторах). Он входил в состав красного светоизлучающего компонента. Также иттрий используют для изготовления синтетических драгоценных камней, которые необходимы для производства мощных лазеров.
Небольшие количества иттрия также используются для придания определённых свойств (прочность, устойчивость к окислению при высоких температурах) сплавам алюминия или магния. Иттрий не используется в больших количествах практически нигде. Поэтому его добывают не так уж и много.
Одним из качеств, которые могут сделать иттрий особым металлом в будущем, является сверхпроводимость. Оксид иттрия-бария-меди является первым обнаруженным высокотемпературным сверхпроводником. Высокая температура в данном случае, конечно, вещь относительная.
Вышеупомянутое химическое соединение обладает сверхпроводимостью, то есть практически нулевым сопротивлением прохождению электрического тока, при температурах около 180 градусов ниже нуля. Что намного выше, чем у обычных сверхпроводников. Но намного ниже, чем температура воды в Чёрном море в Сочи жарким июльским днём.
Великое будущее
Высокотемпературные сверхпроводники, несомненно, однажды станут одним из ключевых факторов технологического прорыва. Например, они станут фундаментальной частью термоядерных реакторов. Так что иттрий наверняка ждёт великое будущее.
Нестабильные изотопы иттрия также используется и в медицине. Единственный стабильный изотоп этого элемента – иттрий-89. Иттрий-90, например, имеет период полураспада всего около 65 часов. Он распадается до циркония-90 и испускает ионизирующее излучение. Этот изотоп используется в лучевой терапии для борьбы с различными видами рака, такими как лейкемия и некоторые формы лимфом.
К счастью, вокруг нас не так много иттрия. Потому что иттриевая пыль может вызывать раздражение органов дыхания. Медики не рекомендуют проводить много времени в местах, где концентрация иттрия превышает 1 миллиграмм на кубический метр. А концентрация иттрия более 0,5 грамма на кубический метр воздуха может быть опасна даже в краткосрочной перспективе. Но не стоит беспокоиться. Потому что небольшие количества иттрия, которые используются людьми, всегда заключены в кристаллы и сплавы, которые не представляют никакой опасности.