Yttrium (7440-65-5) Physikalische und chemische Eigenschaften
Yttrium
Duktiles seltenes Erdmetall, erhältlich in hochreiner Form als Barren, Folien und Pulver für die Materialherstellung, optische Komponenten und analytische Standards.
| CAS-Nummer | 7440-65-5 |
| Familie | Seltene Erden |
| Typische Form | Silbrig-metallischer Festkörper (Folie, Barren, Pulver) |
| Gängige Qualitäten | BP, EP |
Yttrium ist ein Übergangs-/seltenes Erdmetallement (chemisches Symbol Y) und gehört zur Gruppe der Metalle, die gemeinhin als Seltene Erden bezeichnet werden. In seiner elementaren Form liegt es als metallisches Ein-Atom-Spezies mit der Nennformel Y und der Ordnungszahl 39 vor; das isolierte Atom und das Metallvolumen sind durch eine teilweise gefüllte 4d-Unterschale und einen 5s/5p-Kern charakterisiert, die typische metallische Bindungen, hohe Koordinationszahlen in Festkörpern und eine Neigung zum +3-Oxidationszustand in Verbindungen verleihen. Strukturell kristallisiert elementares Yttrium unter Normalbedingungen in einer hexagonal dichtest-gepackten Anordnung und bildet Oxidfilme auf der Oberfläche, die das Bulk-Material gegen schnelle Luftreaktionen stabilisieren.
Elektronisch und chemisch verhält sich Yttrium wie die schwereren Mitglieder der frühen Übergangsmetallreihe und der Lanthanoide: Es ist mäßig elektropositiv, bildet überwiegend ionische Verbindungen mit hoch elektronegativen Elementen und zeigt in einfachen Halogeniden und Oxiden einen niedrigen kovalenten Charakter. Das Element ist bei natürlicher Häufigkeit im Wesentlichen monophasisch mit einem einzigen stabilen Isotop (Yttrium-89), was isotopische Spezifikationen für analytische und nukleare Anwendungen vereinfacht. Chemisch ist es im Bulk aufgrund der Oberflächenoxidbildung stabil, allerdings luft- und feuchtigkeitsempfindlich in feiner Pulverform; Pulver sind reduzierend und wasserreaktiv, setzen unter Hydrolysebedingungen Wasserstoff frei und oxidieren bei Erwärmung leicht.
Aus materialwissenschaftlicher Sicht ist Yttrium als Element keine polare oder lipophile Substanz; seine Verbindungen weisen unterschiedliche Löslichkeiten auf, wobei viele Oxide und Fluoride unlöslich sind, während bestimmte Nitrate und Chloride wasserlöslich sind. Die dominierende wässrige Spezies von Yttrium ist das dreiwertige Kation in schwach sauren bis neutralen Medien; Hydrolyse und Ausfällungen (z. B. Hydroxide, Oxide) treten mit steigendem pH-Wert auf. Industriell wird Yttrium breit eingesetzt in Phosphoren, Hochtemperaturlegierungen und Beschichtungen sowie als Bestandteil in Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) Lasern und anderen spezialisierten Keramik- und elektronischen Materialien.
Gängige kommerzielle Qualitäten für diesen Stoff umfassen: BP, EP.
Grundlegende physikalische Eigenschaften (Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt)
Atomgewicht
- Molekulargewicht / Atommasse (berechnet): 88.90584.
- Häufig gerundeter Wert in anderen Quellen: 88.91.
Erscheinungsbild und physikalischer Zustand
- Metall im Bulk: weich, silbrig-weiß, hexagonal metallischer Feststoff.
- Fein verteiltes Material: dunkelgraues bis schwarzes, geruchloses Pulver; dunkelt bei Lichteinwirkung nach.
- Allgemeine physikalische Beschreibung: „Weiches silbrig-weißes Metall im Bulk. Dunkelgraues bis schwarzes, geruchloses Pulver. Feststoff.“
Dichte
- Gemeldete Dichte: 4,47 \(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) (angegeben als „4.47 g/cu cm“, „4.47“ und „4.47 (NIOSH, 2024) – dichter als Wasser; sinkt“).
Schmelzpunkt
Mehrere berichtete Werte in den zusammengestellten experimentellen Beschreibungen: - \(\,1509\,^\circ\mathrm{C}\) (in physikalischer Beschreibung angegeben). - \(\,1522\,^\circ\mathrm{C}\) (experimentelle Eigenschaften). - \(\,1526\,^\circ\mathrm{C}\) (experimentelle Eigenschaften). - Äquivalente Fahrenheit-Angaben: 2732 \(^\circ\mathrm{F}\) (NIOSH) und 2732 \(^\circ\mathrm{F}\) (Doppeleinträge).
Hinweis: Die Werte unterscheiden sich leicht je nach Quelle; ein einzelner ausschließlicher experimenteller Wert ist im aktuellen Datenkontext nicht angegeben.
Siedepunkt
Mehrere berichtete Werte in den zusammengestellten experimentellen Beschreibungen: - \(\,2927\,^\circ\mathrm{C}\) (physikalische Beschreibung). - \(\,3345\,^\circ\mathrm{C}\) (experimentelle Eigenschaften). - 5301 \(^\circ\mathrm{F}\) und „5301 \(^\circ\mathrm{F}\) bei 760 mmHg (NIOSH, 2024)“ (experimentelle Eigenschaften).
Wie beim Schmelzpunkt sind verschiedene experimentelle Siedepunktswerte vorhanden; für präzise Phasengrenzen sollten produktspezifische oder prozessspezifische Daten herangezogen werden.
Chemische Eigenschaften (Reaktivität und Oxidationszahlen)
Oxidationszahlen
- Vorherrschender und chemisch gut etablierter Oxidationszustand: +3 (dreifach positives Ion). Mehrere Einträge erwähnen „Bekannt nur im dreifach positiven Zustand“ für die allgemeine Chemie.
- Divalente Spezies wurden in einigen Kontexten charakterisiert: Der Datensatz enthält die Kennzeichnung „Yttrium(2+) ist ein zweiwertiges Metallkation“ und Synonyme, die Vorkommen von Yttrium(2+) referenzieren. In der Praxis ist +3 der thermodynamisch bevorzugte Zustand in den meisten Verbindungen; niedrigere Oxidationszustände (+2) sind ungewöhnlich und typischerweise in spezialisierten Ligandenumgebungen oder unter reduzierenden Bedingungen stabilisiert.
Reaktivität mit Luft und Wasser
- Bulk-Metall bildet einen schützenden Oxidfilm und ist relativ stabil an der Luft; feine Formen (Pulver, Späne, Hobelspäne) sind lichtempfindlich, luftempfindlich und können entflammbar sein. Pulver oder Staub können oxidieren, dunkeln bei Lichteinwirkung nach und zeigen pyrophore oder brennbare Feststoffeigenschaften.
- Mit Wasser: Zersetzt sich in Wasser (beschrieben als „zersetzt sich in Wasser“), reagiert mit Wasser unter Bildung von gasförmigem Wasserstoff; Reaktion verläuft langsam mit kaltem Wasser, schnell mit kochendem Wasser. Das Element wird in Reaktivitätswarnungen als „wasserreaktiv“ und „starkes Reduktionsmittel“ beschrieben.
Reaktivität mit Säuren und Basen
- Löslichkeit/Reaktivitätsnotizen: löslich in verdünnten Säuren und in Kaliumhydroxidlösung; in manchen Einträgen auch löslich in heißem Wasser. Das Element reagiert mit starken Oxidationsmitteln, starken Säuren, starken Basen und Halogenen unter Bildung von reizenden und potenziell giftigen Produkten. Handhabungshinweise weisen auf Unverträglichkeit mit Oxidationsmitteln und Halogenen hin.
Isotopenzusammensetzung
Stabile Isotope
- Natürliches Yttrium ist im Wesentlichen monoisotopisch: Natürliches Yttrium enthält ein einziges stabiles Isotop, Yttrium-89.
Radioisotope
- Die gesammelten Informationen vermerken, dass „43 weitere instabile Isotope und Isomere charakterisiert wurden“. Radioisotope (z. B. ^90Y) werden in Synonymen genannt und in spezialisierten nuklearen oder medizinischen Anwendungen verwendet; isotopische Spezifikationen müssen als eigenständige Substanzen behandelt werden, wenn Radiochemie oder regulatorische Kontrollen involviert sind.
Thermodynamische Parameter
Wärmekapazität und verwandte Daten
Gemeldete thermodynamische Eigenschaften (kristalline und gasförmige Werte werden unterschieden, sofern angegeben): - Wärmekapazität (Kristall) bei 298,15 K: 26,5 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - Wärmekapazität (Gasphase) bei 298,15 K: 25,9 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - Entropie (Kristall) bei 298,15 K: 44,4 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - Entropie (Gasphase) bei 298,15 K: 179,5 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\).
Ebenfalls angegeben: Schmelzwärme = 11,43 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\); Sublimationswärme = 424,7 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\) (im Quelltext „bei 25 °C“ spezifiziert).
Enthalpie und Gibbs-Energie
- Standardbildungsenthalpie (Kristall) bei 298,15 K: 0,0 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Standardbildungsenthalpie (Gasphase) bei 298,15 K: 421,3 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Gibbs-Energie der Bildung (Gasphase): 381,1 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
Diese thermodynamischen Parameter unterscheiden kondensierte Phasenzustände (elementarer Kristall, Enthalpie konventionell auf null gesetzt) von gasförmigen Spezies und sind relevant bei Berechnungen von Hochtemperaturverdampfung, Sublimation und gasphasengleichgewicht.
Identifikatoren und Synonyme
Register-Nummern und Codes
- CAS-Nummer: 7440-65-5
- Alternativer CAS im Quellmaterial aufgeführt: 13598-57-7 (veraltet/alternativ ebenfalls vorhanden)
- EG-Nummer: 231-174-8
- UNII: 58784XQC3Y
- UN-Nummer Eintrag: 3178 (YTTRIUM)
- ChEBI: CHEBI:49978
- DSSTox Substance ID: DTXSID0049816
- HMDB ID: HMDB0013667
- NCI Thesaurus-Code: C28199
- InChI: InChI=1S/Y
- InChIKey: VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [Y]
Synonyme und gebräuchliche Namen
Ausgewählte Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen aus den zusammengetragenen Beschreibungen: - Yttrium; Y; Yttrium (Element); Yttriummetall; Yttrium-89; Yttriumatom; Yttrium(2+); Yttrium-Ion; Yttriumfolie; Yttriumpulver; Y1; 39Y; Y-Standardlösung (verschiedene Konzentrationen und Matrizen erscheinen in der Quellenliste als Standardpräparate).
(Eine umfangreiche Liste von lieferanten- und depositorbasierten Synonymen und Produktbeschreibungen ist in der Zusammenstellung enthalten; die obigen sind repräsentative Namen, die wörtlich im Quellmaterial vorkommen.)
Industrielle und gewerbliche Anwendungen
Hauptanwendungsbereiche
- Elektronik und Bildschirmphosphore: Bestandteil von Phosphoren für Bildschirme und Anzeigen.
- Metallurgie und Beschichtungen: Verwendung in Legierungen (als Entoxidationsmittel und zur Modifikation von Eigenschaften), in Hochtemperatur-Metallbeschichtungen und in spezialisierten metallurgischen Anwendungen.
- Optik und Laser: Bestandteil von Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)-Lasermaterialien und verwandten optischen Keramiken.
- Kerntechnik und Medizin: dokumentierte Verwendung in der Kernindustrie sowie das Vorkommen von Radioisotopen (z. B. ^90Y) für spezialisierte Anwendungen.
- Standards und analytische Chemie: Yttrium wird als zertifizierte Standardlösungen und Materialien für elementare Analysen (ICP, AAS) sowie als interne Standards verkauft.
Typische Anwendungsbeispiele
- Phosphorformulierungen für Anzeige- und Beleuchtungstechnologien, die yttriumhaltige Wirtsgitter enthalten.
- Legierungszusätze zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit oder Oxidationsbeständigkeit bei Spezialmetallen.
- YAG und dotierte YAG-Keramiken für Laserverstärkermedien und optische Komponenten.
- Analytische Standards: Yttrium-Standardlösungen und Feststoffstandards für die Instrumentenkalibrierung.
Formulierungen und Produktformen umfassen üblicherweise hochreine Barren, Stücke, Stäbe, Folien, Pulver und Sputtertargets; in Herstellernotizen erscheinen Bezeichnungen wie „reguläre hohe Reinheit (Barren, Stücke, Späne), metallurgisch, sauerstoffarm, Kristallschwamm, Pulver“.
Falls eine kurze Anwendungsübersicht für Einkauf oder Prozessauswahl benötigt wird: Yttrium wird verwendet, wenn seine elektronische/strukturgebende Rolle (als dreifach positiv geladenes Kation in Keramiken und Phosphoren) oder als metallischer Legierungs-/Beschichtungszusatz Materialeigenschaften ermöglicht, die mit üblichen Grundmetallen nicht erreichbar sind.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Lagern und Handhaben
- Physikalische Gefahren: Feinstverteiltes Yttrium (Pulver, Späne, Hobelspäne) ist luft-, licht- und feuchtigkeitsempfindlich sowie brennbar oder pyrophor; Stäube können explosionsfähige Gemische bilden und mit hoher Intensität brennen. Das Metall in Masse ist aufgrund von Oberflächenoxidfilmen weniger anfällig für Selbstentzündung, oxidiert jedoch bei Erwärmung.
- Chemische Unverträglichkeiten: Starke Oxidationsmittel, Halogene und starke Säuren/Basen gelten als reaktivitätsgefährliche Partner. Kontakt mit inkompatiblen Stoffen vermeiden und Zündquellen bei Pulvern eliminieren.
- Lagerung: In dicht verschlossenen Behältern unter Inertgas oder luft- und feuchtigkeitsgeschützt für reaktive Formen (Pulver, Späne) lagern. Von Oxidationsmitteln und halogenierten Reagenzien getrennt aufbewahren.
Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regelungsinformationen sollten Benutzer das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie lokale Vorschriften konsultieren.
Berufliche Exposition und Schutzmaßnahmen
- Empfohlene Expositionsgrenzwerte und Schwellenwerte:
- NIOSH REL / OSHA PEL / TLV: 1 mg·m^-3 (in mehreren Einträgen als „1 mg/m^3“ angegeben) — diese Werte sind „bezogen auf Y“ für Yttrium und Yttriumverbindungen (zeitgewichtete Durchschnittswerte).
- IDLH (unmittelbar gefährlich fürs Leben oder die Gesundheit): 500 mg·m^-3 (bezogen auf Y).
- Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Für Staub- und Rauchkontrolle werden Atemschutzgeräte und Filter empfohlen, die auf die Luftkonzentration abgestimmt sind. Quellenangaben enthalten Hinweise zur Auswahl von Atemschutz über Konzentrationsbereiche (Filter von N95 bis zu vollumfänglich versorgter Luft und SCBA für hohe Konzentrationen bzw. IDLH). Grundlegende Erste-Hilfe-Maßnahmen: Augen spülen, Haut mit Seife und Wasser waschen, exponierte Personen bei Inhalation an die frische Luft bringen und bei Einnahme oder relevanter Exposition sofort medizinische Hilfe suchen.
- Brandbekämpfung und Reaktion bei Verschüttung: Kleine Brände können mit trockenen Chemikalien, CO2, Sand oder Schaum gelöscht werden; Brände von Metallpulver erfordern Löschmittel der Brandklasse D (trockener Sand, Graphitpulver, NaCl-basierte Löscher) oder spezielle Metallbrandverfahren. Bei Verschüttungen von Pulvermaterial: Zündquellen beseitigen, Staubwolken vermeiden und Material zur Entsorgung in geeignete Behälter aufnehmen; bei größeren Verschüttungen wird das Befeuchten und Eindämmen für spätere Bergung empfohlen.
Gesundheitliche Gefahren laut berufsgenossenschaftlichen Zusammenfassungen umfassen mögliche Reizungen der Atemwege, Augenreizungen, beobachtete Leberschäden in Tierversuchen sowie pulmonale fibrogene Potenziale bei hohen Dosierungen in Tierversuchen. Der Stoff kann unter bestimmten Expositionsbedingungen hepatotoxisch wirken. Für Notfallbehandlung und Gegengifttherapie gelten Standardmaßnahmen der unterstützenden Reanimation, pulmonalen Versorgung und symptomatischen Therapie bei starken Expositionen; Erbrechen sollte bei Einnahme ohne professionelle Anleitung nicht ausgelöst werden.
Für die abschließende Festlegung von Schutzmaßnahmen, Eindämmung und Notfallmaßnahmen sind das vendorspezifische SDS und geltende regulatorische Vorgaben zu konsultieren, angepasst an die spezifische Materialform (Metall, Pulver, Lösung) und Konzentration.
