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| イットリウム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 発音 | / ˈ ɪ t r i ə m / ( IT -ree-əm ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外観 | 銀白色 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子量 A r °(Y) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 周期表におけるイットリウム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 39 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| グループ | グループ3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 期間 | 期間5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブロック | dブロック | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [クロ] 4d 1 5s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、9、2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理的特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 1799 K (1526 °C、2779 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 3203 K (2930 °C、5306 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（20℃） | 4.469 g/cm3 [ 3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 液体の場合（ mp） | 4.24グラム/ cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 11.42 kJ/モル | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 気化熱 | 363 kJ/モル | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル熱容量 | 26.53 J/(モル·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸気圧
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| 原子特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化状態 | 0、[4] +1、+2、+3（弱塩基性酸化物） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | ポーリングスケール: 1.22 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的: 180 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 190±7時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| その他のプロパティ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 自然発生 | 原始的な | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 六方最密充填（hcp）（hP2） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 格子定数 |  c = 573.17 pm （20℃）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張 | 11.21 × 10 −6 /K（20℃）[3] [a] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | 17.2 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | α, ポリ: 596 nΩ⋅m (室温で) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁気秩序 | 常磁性体[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル磁化率 | +2.15 × 10 −6 cm 3 /モル（2928 K）[6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヤング率 | 63.5GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| せん断弾性係数 | 25.6GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 体積弾性率 | 41.2 万気圧 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音速の 細い棒 | 3300 m/s（20℃時） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.243 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブリネル硬度 | 200～589MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS番号 | 7440-65-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歴史 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ネーミング | イッテルビー（スウェーデン）とその鉱物イッテルバイト （ガドリナイト）にちなんで | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発見 | ヨハン・ガドリン（1794） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 最初の隔離 | フリードリヒ・ヴェーラー（1838） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イットリウムの同位体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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イットリウムは化学元素であり、記号は Y、原子番号は39です。銀色の金属遷移金属で、化学的にはランタノイドに似ており、「希土類元素」に分類されることが多いです。[7]イットリウムは希土類鉱物中にランタノイド元素と組み合わさって見つかることがほとんどで、自然界に単独の元素として見つかることはありません。89 Yは唯一の安定同位体であり、地球の地殻で見つかる唯一の同位体です。
イットリウムの現在の最も重要な用途は、蛍光体、特にLEDに使用される蛍光体の成分としての使用です。歴史的には、テレビのブラウン管ディスプレイの赤色蛍光体に広く使用されていました。[8]イットリウムは、電極、電解質、電子フィルター、レーザー、超伝導体、さまざまな医療用途の製造や、さまざまな材料の特性を向上させるため のトレースにも使用されています。
イットリウムの生物学的役割は知られていない。イットリウム化合物への曝露はヒトに肺疾患を引き起こす可能性がある。 [9]
語源
この元素は、1787年に化学者カール・アクセル・アレニウスによって初めて特定された鉱物、イッテルバイトにちなんで名付けられました。アレニウスは、この鉱物が発見されたスウェーデンのイッテルビー村にちなんでこの鉱物に名前を付けました。後にイッテルバイトに含まれる化学物質の1つが、それまで特定されていなかった元素であることが判明し、この元素は鉱物にちなんでイットリウムと名付けられました。
特徴
プロパティ
イットリウムは、第3族に属する、柔らかく、銀色の金属で光沢のある、結晶性の高い遷移金属である。周期表の傾向から予想されるように、イットリウムは、同族の先行元素であるスカンジウムよりも電気陰性度が低く、第5周期の次の元素であるジルコニウムよりも電気陰性度が低い。しかし、ランタノイド収縮のため、同族の次の元素であるルテチウムよりも電気陰性度が低い。[10] [11] [12]イットリウムは、第5周期の 最初のdブロック元素である。
純粋な元素は、保護酸化物（Y
2お
3）膜が表面に形成される。この膜は、 イットリウムを水蒸気中で750 ℃に加熱すると、10μmの厚さに達することがある。[13]しかし、細かく砕かれたイットリウムは空気中で非常に不安定であり、金属の削りくずや切削片は400℃を超える温度で空気中で発火する可能性がある。[14]金属を窒素中で1000℃に加熱すると、窒化イットリウム（YN）が形成される。[13]
ランタノイドとの類似性
イットリウムとランタノイドの類似性は非常に強いため、この元素は希土類元素としてランタノイドに分類されており、[7]自然界では常に希土類鉱物としてランタノイドと一緒に発見されています。[15]化学的には、イットリウムは周期表で隣の元素であるスカンジウムよりもこれらの元素によく似ており、[16]物理的特性を原子番号に対してプロットすると、見かけの番号は 64.5 から 67.5 となり、ランタノイドのガドリニウムとエルビウムの間に位置します。[17]
イットリウムは反応次数も同じ範囲に入ることが多く、[13]化学反応性においてテルビウムやジスプロシウムに似ている。 [8]イットリウムは、いわゆる「イットリウム族」と呼ばれる重いランタノイドイオンと大きさが非常に近いため、溶液中では、あたかもその1つであるかのように振る舞う。[13] [18]ランタノイドは周期表でイットリウムよりも1行下に位置しているが、原子半径の類似性はランタノイド収縮に起因する可能性がある。[19]
イットリウムとランタノイドの化学的性質の顕著な違いは、イットリウムはほぼ例外なく三価であるのに対し、ランタノイドの約半数は三価以外の価数を持つことができるという点です。しかし、15種のランタノイドのうち、水溶液中で他の価数が重要になるのは4種のみです（Ce IV、Sm II、Eu II、Yb II）。[13]
化合物と反応
イットリウムは三価の遷移金属として、その価電子の3つすべてを放出することで、一般的に+3の酸化状態で様々な無機化合物を形成する。[20]良い例としては、イットリウム(III)酸化物（Y
2お
3）はイットリアとも呼ばれ、6配位の白色固体である。[21]
イットリウムは水に溶けないフッ化物、水酸化物、シュウ酸塩を形成するが、臭化物、塩化物、ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩はすべて水に溶ける。[13] Y 3+ イオンはd電子殻とf電子殻に電子がないため、溶液中では無色である。[13]
水はイットリウムおよびその化合物と容易に反応してYを形成する。
2お
3[15]濃硝酸や濃フッ化水素酸はイットリウムを急速に攻撃しないが、他の強酸は攻撃する。[13]
イットリウムはハロゲンと反応して、イットリウム(III)フッ化物( YF
3)、塩化イットリウム(III) ( YCl
3）、および臭化イットリウム（III）（YBr
3）は、約200℃以上の温度で生成します。[9]同様に、炭素、リン、セレン、ケイ素、硫黄はすべて、高温でイットリウムと二元化合物を形成します。 [13]
有機イットリウム化学は、炭素-イットリウム結合を含む化合物の研究である。これらのうちいくつかは、イットリウムの酸化状態が0であることが知られている。[4] [22]（+2状態は塩化物溶融物で観測されており、[23]、+1は気相中の酸化物クラスターで観測されている。[24]）いくつかの三量化反応は、有機イットリウム化合物を触媒として生成されている。[22]これらの合成では、YCl
3出発物質として、Yから得られる
2お
3濃塩酸と塩化アンモニウム[25] [26 ]
ハプティシティとは、中心原子に結合したリガンドの連続原子群の配位を表す用語であり、ギリシャ文字のイータ（η）で示される。イットリウム錯体は、カルボラニル配位子がη 7 -ハプティシティを介してd 0 -金属中心に結合した錯体の最初の例であった。[22]グラファイト層間化合物グラファイト–Yまたはグラファイト–Yの蒸発
2お
3Y@C 82のような内包フラーレンの形成につながる。[8]電子スピン共鳴研究では、Y 3+と (C 82 ) 3−イオン対の形成が示された。 [8]炭化物Y 3 C、Y 2 C、およびYC 2は加水分解されて炭化水素を形成することができる。[13]
同位体と元素合成
太陽系のイットリウムは恒星内元素合成によって生成され、そのほとんどはs過程（≈72%）によるものですが、r過程（≈28%）によるものもあります。[27] r過程は超新星爆発中に軽い元素が急速に中性子を捕獲する過程です。s過程は脈動する赤色巨星内部で軽い元素がゆっくりと中性子を捕獲する過程です。[28]
イットリウム同位体は、核爆発や原子炉におけるウランの核分裂で生成される最も一般的な生成物の一つです。核廃棄物管理の観点から、イットリウムの最も重要な同位体は91 Yと90 Yで、半減期はそれぞれ58.51日と64時間です。[29] 90 Yの半減期は短いですが、長寿命の親同位体であるストロンチウム90（90 Sr）（半減期29年）と永年平衡状態にあります。[14]
第3族元素はすべて原子番号が奇数であるため、安定同位体は少ない。[10] スカンジウムには安定同位体が1つあり、イットリウム自体には安定同位体が1つだけ（89 Y）あり、これは天然に存在する唯一の同位体でもある。しかし、ランタノイド希土類元素には原子番号が偶数の元素と多くの安定同位体が含まれている。イットリウム89は、他の過程によって生成された同位体が電子放出（中性子 → 陽子）によって崩壊するのに十分な時間を与えるs過程のため、通常よりも豊富にあると考えられている。[28] [b]このような遅い過程は、原子質量数（A = 陽子 + 中性子）が約90、138、208の同位体を好む傾向があり、これらの同位体はそれぞれ50、82、126個の中性子を持つ異常に安定した原子核を持つ。 [28] [c]この安定性は、中性子捕獲断面積が非常に低いことから生じると考えられています。[28]これらの質量数の同位体の電子放出は、この安定性のために単純にあまり一般的ではなく、その結果、それらの存在比が高くなります。[14] 89 Yは質量数が90に近く、核内に50個の中性子を持っています。
イットリウムの合成同位体は少なくとも32種観測されており、その原子質量数は76から108の範囲である。 [29]これらのうち最も安定性が低いのは半減期が25 ミリ秒の109 Yで、最も安定しているのは半減期が106.629日の88 Yである。 [30]半減期がそれぞれ58.51日、79.8時間、64時間の91 Y、87 Y、90 Yを除くと、他の同位体の半減期は1日未満で、ほとんどが1時間未満である。[29]
質量数が88以下のイットリウム同位体は、主に陽電子放出（陽子→中性子）によって崩壊し、ストロンチウム（Z = 38）同位体を形成します。 [ 29 ]質量数が90以上のイットリウム同位体は、主に電子放出（中性子→陽子）によって崩壊し、ジルコニウム（Z = 40）同位体を形成します。[29]質量数が97以上の同位体は、 β−遅延中性子放出のマイナー崩壊経路を持つことも知られています。[31]
イットリウムには、質量数が78から102の範囲で少なくとも20の準安定（「励起」）異性体があります。[29] [d] 80 Yと97 Yでは複数の励起状態が観測されています。[29]ほとんどのイットリウム異性体は基底状態よりも安定性が低いと予想されますが、78m、84m、85m、96m、98m1、100m、102m Yは、異性体遷移ではなくベータ崩壊によって崩壊するため、基底状態よりも半減期が長くなります。[31]
歴史
1787年、パートタイムの化学者カール・アクセル・アレニウスは、スウェーデンのイッテルビー村（現在はストックホルム群島の一部）近くの古い採石場で重い黒い岩を発見しました。[32]彼はそれが新しく発見された元素タングステンを含む未知の鉱物であると考え、[33]彼はそれをイッテルバイト[e]と名付け、分析のために様々な化学者にサンプルを送りました。[32]
オーボ大学のヨハン・ガドリンは1789年にアルレニウスのサンプルから新しい酸化物（または「土」）を特定し、1794年に完成した分析結果を発表しました。[34] [f] アンダース・グスタフ・エケベリは1797年にその特定を確認し、新しい酸化物をイットリアと名付けました。[35]アントワーヌ・ラヴォアジエが化学元素の最初の現代的な定義を開発してから数十年の間、土はその元素に還元できると信じられていました。つまり、新しい土の発見は、その中の元素（この場合はイットリウム）の発見に等しいということです。[g] [36] [37] [38]
フリードリヒ・ヴェーラーは1828年に揮発性塩化物（塩化イットリウムであると信じていた）とカリウムを反応させることで初めて金属を単離したとされている。[39] [40] [41]
1843年、カール・グスタフ・モザンダーはイットリアのサンプルに3種類の酸化物が含まれていることを発見した。白色のイットリア酸化物（イットリア）、黄色のテルビウム酸化物（紛らわしいことに、当時は「エルビア」と呼ばれていた）、バラ色のエルビウム酸化物（当時は「テルビア」と呼ばれていた）である。[42] [43] 4番目の酸化物であるイッテルビウム酸化物は、1878年にジャン・シャルル・ガリサール・ド・マリニャックによって単離された。[44]その後、これらの酸化物のそれぞれから新しい元素が単離され、それぞれの元素は、何らかの形で、それらが発見された採石場近くの村であるイッテルビーにちなんで命名された（イッテルビウム、テルビウム、エルビウムを参照）。[45]その後の数十年間で、「ガドリンのイットリア」からさらに7つの新しい金属が発見された。[32]イットリアは酸化物ではなく鉱物であることが判明したため、マルティン・ハインリヒ・クラプロートはガドリンに敬意を表してガドリナイトと改名した。 [32]
1920年代初頭まで、この元素には化学記号Ytが使用されていましたが、その後Yが一般的に使用されるようになりました。[46] [47]
1987年、イットリウムバリウム銅酸化物が高温超伝導性を示すことが発見されました。[48]これはこの特性を示す2番目の物質であり、[48]窒素の（経済的に重要な）沸点を超えて超伝導性を達成した最初の物質でした。 [h]
発生
豊富
イットリウムはほとんどの希土類鉱物[11]や一部のウラン鉱石に含まれていますが、地殻中に自由元素として存在することはありません。[49]地殻の約31 ppmはイットリウムであり、 [8] 43番目に豊富な元素となっています。[50]土壌中には10～ 150 ppm（乾燥重量平均23 ppm）の濃度でイットリウムが含まれており、海水には9 pptで含まれています。[50]アメリカの アポロ計画中に収集された月の岩石サンプルには、比較的高いイットリウム含有量が含まれています。[45]
イットリウムは、ストロンチウムや鉛のように「骨を溶かす」物質とはみなされていない。[51]通常、人体全体ではわずか0.5ミリグラム（0.0077グラム）しか含まれておらず、母乳には4ppm含まれている。[52]イットリウムは食用植物に20ppmから100ppm（生重量）の濃度で含まれており、キャベツに最も多く含まれている。[52]木本植物の種子には700ppmもの濃度が知られており、最も高い濃度である。[52]
2018年4月現在、南鳥島（別名マーカス島）[アップデート]という日本の小さな島から数百キロ離れた深海底で、非常に大きな希土類元素の埋蔵量が発見されたという報告がある。 Scientific Reportsに掲載された研究によると、この場所は希土類元素とイットリウム（REY）の「大きな可能性」を秘めているとされている。[53]「このREYを豊富に含む泥は、その膨大な量と有利な鉱物学的特徴により、希土類金属資源として大きな可能性を秘めている」と研究は述べている。研究によると、1600万ショートトン（150億キログラム）以上の希土類元素が「近い将来に採掘される」可能性がある。カメラのレンズや携帯電話の画面などの製品に使用されるイットリウム（Y）の他に、発見された希土類元素は、ユーロピウム（Eu）、テルビウム（Tb）、ジスプロシウム（Dy）である。[54]
生産
イットリウムは化学的にランタノイドに似ているため、同じ鉱石（希土類鉱物）に存在し、同じ精製プロセスで抽出されます。軽希土類元素（LREE）と重希土類元素（HREE）の間にはわずかな区別が認められますが、その区別は完全ではありません。イットリウムは、そのイオンサイズのためにHREEグループに集中していますが、原子質量はより低いです。[55] [56]
希土類元素（REE）は主に4つの源から得られます：[57]
- 炭酸塩とフッ化物を含む鉱石、例えばLREEのバストネサイト（(Ce、Laなど)(CO 3 )F）には、平均0.1%のイットリウムが含まれています[14] [55]。これに対し、他の16種類のREEは99.9%です。[55] 1960年代から1990年代にかけてのバストネサイトの主な産地は、カリフォルニア州のマウンテンパス希土類鉱山であり、この時期、米国はREEの最大の生産国でした。[55] [57]「バストネサイト」という名前は実際にはグループ名であり、正しい鉱物名にはレビンソン接尾辞が使用されています。たとえば、バストネサイト-(Y)は、Yが主な元素です。[58] [59] [60]
- モナザイト（（Ce、Laなど）PO 4）は、主にリン酸塩で、侵食された花崗岩の輸送と重力分離によって生成された砂鉱床です。モナザイトはLREE鉱石として2％ [55]（または3％[61] ）のイットリウムを含みます。最大の鉱床は20世紀初頭にインドとブラジルで発見され、この2国は20世紀前半のイットリウムの最大の生産国となりました。[55] [57]モナザイトグループのうち、Ceが主成分のモナザイト-（Ce）が最も一般的です。[62]
- 希土類元素リン酸塩であるゼノタイムは、イットリウムを60%も含む主要な重希土類元素鉱石で、イットリウムリン酸（YPO4 ）として知られています。[55]これはゼノタイム（Y）にも当てはまります。[60] [63] [59]最大の鉱山は中国のバヤンオボ鉱床で、1990年代にマウンテンパス鉱山が閉鎖されて以来、中国は重希土類元素の最大の輸出国となっています。[55] [57]
- イオン吸収粘土またはログナン粘土は花崗岩の風化生成物であり、希土類元素をわずか1％しか含みません。[55]最終的な鉱石濃縮物には8％ものイットリウムが含まれることがあります。イオン吸収粘土は主に中国南部に存在します。[55] [57] [64]イットリウムはサマルスカイトやファーガソン石（グループ名も略）にも含まれています。 [50]
混合酸化物鉱石から純粋なイットリウムを得る方法の一つは、酸化物を硫酸に溶解し、イオン交換 クロマトグラフィーで分別することである。シュウ酸を加えると、シュウ酸イットリウムが沈殿する。シュウ酸塩は酸素下で加熱することにより酸化物に変換される。得られたイットリウム酸化物をフッ化水素と反応させることにより、フッ化イットリウムが得られる。[65]第四級アンモニウム塩を抽出剤として使用すると、ほとんどのイットリウムは水相に残る。対イオンが硝酸塩の場合、軽いランタニドが除去され、対イオンがチオシアン酸塩の場合、重いランタニドが除去される。このようにして、純度99.999%のイットリウム塩が得られる。通常の状況では、イットリウムが 3 分の 2 の重ランタノイドの混合物に含まれているため、残りの元素の分離を容易にするために、イットリウムはできるだけ早く除去する必要があります。
2001年までに世界の酸化イットリウムの年間生産量は600トン（660ショートトン）に達し、2014年には6,400トン（7,000ショートトン）に増加した。[50] [66] 2014年の世界の酸化イットリウムの埋蔵量は45万トン（50万ショートトン）以上と推定されている。これらの埋蔵量で上位を占める国には、オーストラリア、ブラジル、中国、インド、米国などがある。[66]フッ化イットリウムをカルシウムマグネシウム合金で金属スポンジに還元することで、毎年わずか数トンのイットリウム金属が生産されている。1,600 ℃を超えるアーク炉の温度は、イットリウムを溶かすのに十分である。 [50] [65]
アプリケーション
消費者
カラーテレビの ブラウン管の赤色成分は、通常、イットリア（Y
2お
3）またはイットリウム酸化物硫化物（Y
2お
2S ) ホスト格子にユーロピウム(III)カチオン (Eu 3+ )蛍光体をドープしたもの。[14] [8] [i]赤色自体はユーロピウムから放出され、イットリウムは電子銃からエネルギーを集めて蛍光体に伝えます。[67]イットリウム化合物は、さまざまなランタニドカチオンをドープするためのホスト格子として機能します。Tb 3+ は、緑色の発光を生成するためのドーピング剤として使用できます。そのため、イットリウムアルミニウムガーネット (YAG) などのイットリウム化合物は蛍光体に役立ち、白色 LED の重要な構成要素です。
イットリアは多孔質シリコン窒化物の製造における焼結助剤として使用される。[68]
イットリウム化合物はエチレン重合の触媒として使用されます。[14]金属として、イットリウムはいくつかの高性能スパークプラグの電極に使用されます。[69]イットリウムは放射性物質であるトリウムの代替品としてプロパンランタンのガスマントルに使用されます。[70]
ガーネット
イットリウムは多種多様な合成ガーネットの製造に使用され、[71]イットリアはイットリウム鉄ガーネット（Y
3鉄
5お
12、"YIG"）は、非常に効果的なマイクロ波 フィルターです[14]。最近、磁気相互作用が過去40年間に理解されていたよりも複雑で長距離にわたることが示されました。[72]イットリウム、鉄、アルミニウム、ガドリニウムガーネット（例：Y 3 (Fe,Al) 5 O 12およびY 3 (Fe,Gd) 5 O 12）は重要な磁気特性を持っています。[14] YIGは、音響エネルギー送信機および変換器としても非常に効率的です。[73]イットリウムアルミニウムガーネット（Y
3アル
5お
12YAG（イットリウムアルミニウムガーネット）は、硬度が8.5で、宝石（模造ダイヤモンド）としても宝飾品に使用されています。[14]セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（YAG：Ce）結晶は、白色LEDを作るための蛍光体として使用されています。[74] [75] [76]
YAG、イットリア、イットリウムリチウムフッ化物（LiYF 4）、イットリウムオルトバナデート（YVO 4 ）は、ネオジム、エルビウム、イッテルビウムなどのドーパントと組み合わせて近赤外レーザーに使用されます。[77] [78] YAGレーザーは高出力で動作し、金属の穴あけや切断に使用されます。[61]ドープされたYAGの単結晶は通常、チョクラルスキー法で製造されます。[79]
マテリアルエンハンサー
少量のイットリウム（0.1～0.2%）は、クロム、モリブデン、チタン、ジルコニウムの粒径を小さくするために使用されてきました。[80]イットリウムはアルミニウム合金やマグネシウム合金の強度を高めるために使用されます。 [14]合金にイットリウムを添加すると、一般的に加工性が向上し、高温再結晶に対する耐性が増し、高温酸化に対する耐性が大幅に向上します（下記のグラファイトノジュールの議論を参照）。[67]
イットリウムはバナジウムやその他の非鉄金属の脱酸 に使用できます。[14]イットリアはジュエリー内の立方晶ジルコニアを安定化させます。[81]
イットリウムは、延性鋳鉄の球状化剤として研究されており、黒鉛を薄片ではなく緻密な球状に形成することで、延性と疲労耐性を高めます。[14]融点が高いため、一部のセラミックやガラスに使用され、耐衝撃性と低熱膨張性を付与します。[14]同じ特性により、このようなガラスはカメラレンズにも役立ちます。[50]
医学
放射性同位元素イットリウム90（90 Y）は、リンパ腫、白血病、肝臓がん、卵巣がん、大腸がん、膵臓がん、骨がんなど、さまざまながんの治療に使用されるエドトレオチドやイブリツモマブチウキセタンなどの薬剤の標識として使用されています。 [52]イットリウム90はモノクローナル抗体に付着することで作用し、モノクローナル抗体はがん細胞に結合して、 90 Yからの強力なβ線によってがん細胞を殺します（モノクローナル抗体療法を参照）。[82]
肝細胞癌および肝転移の治療には、放射線塞栓術と呼ばれる技術が用いられる。放射線塞栓術は、毒性が低く、肝臓癌を標的とした治療法で、 90 Yを含むガラスまたは樹脂でできた何百万もの小さなビーズを使用する。放射性ミクロスフェアは、特定の肝臓腫瘍/部分または葉に栄養を与える血管に直接送達される。この治療法は侵襲性が低く、患者は通常数時間後に退院できる。この治療法では肝臓全体の腫瘍がすべて除去されるわけではないが、一度に1つの部分または1つの葉に作用し、複数の手順が必要になる場合がある。[83]
肝硬変と肝細胞癌が併発している場合の放射線塞栓療法も参照してください。
メスよりも正確に切断できる90 Y製の針は、脊髄の痛みを伝える神経を切断するために使用されてきた。[33]また、90 Yは、関節リウマチなどの症状を持つ人の炎症を起こした関節、特に膝の治療における放射性核種滑膜切除術にも使用されている。[84]
ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザーは、側副神経や組織の損傷を軽減する目的で、実験的なロボット支援による犬の前立腺全摘除術に使用されており、 [85]エルビウム添加レーザーは美容目的の皮膚再生に使用されるようになってきている。[8]
超伝導体
イットリウムは、1987年にアラバマ大学ハンツビル校とヒューストン大学で開発されたイットリウムバリウム銅酸化物（YBa 2 Cu 3 O 7、別名「YBCO」または「1-2-3」）超伝導体の主要成分です。 [48]この超伝導体は、超伝導の動作温度が液体窒素の沸点（77.1 K）を超えていることで注目に値します。[48]液体窒素は金属超伝導体に必要な液体ヘリウムよりも安価なので、アプリケーションの運用コストは低くなります。
実際の超伝導材料は、YBa 2 Cu 3 O 7– dと表記されることが多く、超伝導性を得るにはd が0.7 未満でなければなりません。その理由はまだ明らかではありませんが、結晶、銅酸化物の平面、鎖の特定の場所にのみ空孔が発生し、銅原子の特殊な酸化状態を引き起こし、何らかの形で超伝導挙動につながることがわかっています。
低温超伝導の理論は、 1957年のBCS理論以来よく理解されている。これは、結晶格子内の2つの電子間の相互作用の特殊性に基づいている。しかし、BCS理論は高温超伝導を説明できず、その正確なメカニズムは未だに謎のままである。わかっていることは、超伝導が起こるためには銅酸化物材料の組成を正確に制御する必要があるということである。[86]
この超伝導体は、黒と緑の多結晶多相鉱物です。研究者たちは、これらの元素の代替組み合わせであるペロブスカイトと呼ばれる種類の物質を研究しており、実用的な高温超伝導体の開発を目指しています。[61]
リチウム電池
イットリウムは、一部のリン酸鉄リチウム電池（ LFP ）の正極に少量使用されており、一般にLiFeYPO 4化学、またはLYPと呼ばれています。LFPと同様に、LYP電池は高エネルギー密度、優れた安全性、長寿命を提供します。しかし、LYPはより高い正極安定性を提供し、特に高温および高充放電電流で正極の物理的構造を保護することにより、電池の寿命を延ばします。LYP電池は、LFP電池に似ていますが、安全性とサイクル寿命が向上していることが多い、据置型アプリケーション（オフグリッドソーラーシステム）、電気自動車（一部の車）、およびその他のアプリケーション（潜水艦、船舶）で使用されています。LYPセルの公称電圧は基本的にLFPと同じ3.25Vですが、最大充電電圧は4.0Vです[ 87]。充電および放電特性は非常に似ています。[88]
その他のアプリケーション
2009年、オレゴン州立大学のマス・スブラマニアン教授とその同僚は、イットリウムをインジウムとマンガンと組み合わせると、濃い青色で無毒、不活性、色あせしにくい顔料であるYInMnブルーを生成できることを発見しました。これは200年ぶりの新しい青色顔料の発見でした。
予防
イットリウムは、人間、動物、植物に対して非常に有毒である可能性があります。 [9] イットリウムの水溶性化合物は軽度の毒性があると考えられていますが、不溶性化合物は無毒です。[52]動物実験では、イットリウムとその化合物は肺と肝臓に損傷を引き起こしましたが、毒性はイットリウム化合物によって異なります。ラットでは、クエン酸イットリウムの吸入により肺水腫と呼吸困難が引き起こされ、塩化イットリウムの吸入により肝臓水腫、胸水、肺充血が引き起こされました。[9]
人間がイットリウム化合物にさらされると、肺疾患を引き起こす可能性があります。[9]空気中のイットリウムユーロピウムバナデートの粉塵にさらされた労働者は、目、皮膚、上気道に軽度の炎症を経験しましたが、これはイットリウムではなくバナジウムの含有量が原因の可能性があります。 [9]イットリウム化合物への急性暴露は、息切れ、咳、胸痛、チアノーゼを引き起こす可能性があります。[9]労働安全衛生局（OSHA）は、職場でのイットリウムへの暴露を8時間労働で1 mg/m 3（5.8 × 10 −10 oz/cu in ）に制限しています。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）が推奨する暴露限界（REL）は、 8時間労働で1 mg/m 3（5.8 × 10 −10 oz/cu in ）です。 500 mg/m 3 (2.9 × 10 −7 oz/cu in)の濃度では、イットリウムは生命と健康に直ちに危険を及ぼします。[89]イットリウムの粉塵は非常に可燃性です。[9]
参照
化学ポータル
注記
- ^ 熱膨張は異方性です。各結晶軸のパラメータ（20℃）はα a = 7.42 × 10 −6 /K、α c = 18.80 × 10 −6 /K、α平均= α V /3 = 11.21 × 10 −6 /K. [3]
- ^ 本質的には、中性子は陽子になり、電子と反ニュートリノが放出されます。
- ^ 参照:マジックナンバー
- ^ 準安定異性体は、対応する非励起核よりも通常より高いエネルギー状態を持ち、これらの状態はガンマ線または転換電子が異性体から放出されるまで続きます。これらは同位体の質量数の横に「m」を付けて指定されます。
- ^ イッテルバイトは、発見された村の名前にちなんで命名され、鉱物であることを示す -ite という語尾が付けられました。
- ^ Stwertka 1998、115 ページでは、同定は 1789 年に行われたと述べられているが、発表がいつ行われたかについては言及されていない。Van der Krogt 2005 は、1794 年に Gadolin が発表した最初の出版物を引用している。
- ^ 地球には -a の末尾が付けられ、新しい元素には通常 -ium の末尾が付けられます。
- ^ YBCOのT c は93 K で、窒素の沸点は 77 K です。
- ^ Emsley 2001、p. 497には「ユーロピウム(III)を添加したイットリウムオキシサルファイドは、カラーテレビの標準的な赤色成分として使用された」とあり、JacksonとChristiansen (1993)は、GuptaとKrishnamurthyが引用しているように、1つのテレビ画面を製造するのに5～10gのイットリウム酸化物と0.5～1gのユーロピウム酸化物が必要であると述べています。
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- van der Krogt, Peter (2005-05-05). 「39 イットリウム」.元素学と元素マルチ辞書. 2008-08-06閲覧.
さらに読む
- 米国特許 5734166、Czirr John B.、「リチウムランタニドホウ酸塩シンチレータに基づく低エネルギー中性子検出器」、1998 年 3 月 31 日発行、Mission Support Inc. に譲渡。
- 「ストロンチウム：ストロンチウム90の健康への影響」。米国環境保護庁。2008年7月31日。 2008年8月26日閲覧。
外部リンク
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