'(),是一種化學元素,其化學符號为',原子序數为39,原子量為。釔是銀白色的過渡金屬,性質與鑭系元素相近,一般一同歸入稀土金屬,屬於重稀土的一員。
成塊的純釔在空氣中會在表面形成保護性氧化層(),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。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,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)()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。(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。
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。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。
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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。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)。,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。
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。並將其命名為「Ytterbite」。樣本被送往多個化學家作進一步分析。
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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)。
YCl3 + 3 K -> 3 KCl + Y
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。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
含有釔,圖為磷釔礦晶體。]]
豐度
釔元素出現在大部份稀土礦物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。
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。
稀土元素共有四種來源:
- 含碳酸鹽和氟化物的礦石,如([(Ce, La, …)(CO3)F]),平均釔含量為0.1%。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。釔也出現在和中。
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。
應用
日用品
電視機螢屏中紅色磷光體的元素。]]
氧化釔()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: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。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。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。釔鐵石榴石(,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。釔鋁石榴石(,簡稱YAG)的莫氏硬度為8.5,能當寶石作首飾之用(人造鑽石)。
釔鋁石榴石、氧化釔、氟化釔鋰()和正釩酸釔()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。
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。
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)。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。
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。
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。
釔化合物對人類可引致肺病。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
參考資料
書目
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外部連結
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