이트륨 (7440-65-5) 물리적 및 화학적 특성
이트륨
연성이 뛰어난 희토류 금속으로, 재료 제조, 광학 부품, 분석 표준용 고순도 인고트, 박막, 분말 형태로 공급됩니다.
| CAS 번호 | 7440-65-5 |
| 계열 | 희토류 금속 |
| 일반적 형태 | 은백색 금속 고체(박막, 인고트, 분말) |
| 주요 등급 | BP, EP |
이트륨은 원자 기호 Y를 가지는 전이 희토류 원소로, 일반적으로 희토류 금속으로 분류되는 금속 그룹에 속합니다. 원소 형태에서는 원자 번호 39의 금속 단원자 종이며, 명목식은 Y입니다. 분리된 원자와 벌크 금속은 부분적으로 채워진 4d 준껍질과 5s/5p 코어를 가지며, 이는 전형적인 금속 결합, 고체 내 높은 배위수, 화합물 내 +3 산화 상태 채택 경향을 부여합니다. 구조적으로, 원소 형태의 이트륨은 상온에서 육방밀집구조(hexagonal close-packed)로 결정화되며, 표면에 산화막이 형성되어 벌크 시료를 공기 중 빠른 부식으로부터 안정화합니다.
전자적 및 화학적으로, 이트륨은 초기 전이 금속군과 란타넘족 중 무거운 원소들과 유사하게 거동합니다. 적당한 전기양성도를 가지며, 전기음성도가 높은 원소와 결합 시 주로 이온화합물을 형성하고, 단순 할로겐화물 및 산화물에서 낮은 공유 결합성을 보입니다. 자연에서 본질적으로 단상이며 단일 안정 동위원소(이트륨-89)를 갖고 있어 분석 및 핵 응용에서 동위원소 규격이 간단합니다. 화학적으로는 표면 산화막 형성으로 벌크에서는 안정하지만, 미세 분말 형태에서는 공기 및 수분에 민감합니다. 분말은 환원성이며 수분과 반응하여 수소를 발생시키고 가열 시 쉽게 산화됩니다.
재료 성능 관점에서 원소형 금속 이트륨은 비극성이며 소수성이 아닙니다. 이트륨 화합물은 용해도가 다양하여 다수의 산화물과 플루오라이드는 불용성이지만, 특정 질산염 및 염화물은 수용성입니다. 수용액에서 주요한 종은 약산성에서 중성 조건에서 3가 양이온이며, pH가 증가하면 가수분해 및 침전(수산화물, 산화물 등)이 발생합니다. 산업적으로 이트륨은 형광체, 내열 합금 및 코팅, YAG(이트륨-알루미늄-가넷) 레이저 및 특수 세라믹, 전자 재료의 구성 성분으로 광범위하게 사용됩니다.
본 물질에 대해 보고된 일반 상업 등급은 BP, EP입니다.
기본 물리적 특성 (밀도, 융점, 끓는점)
원자량
- 분자량 / 원자질량 (계산값): 88.90584.
- 기타 보고된 일반 반올림 값: 88.91.
외관 및 물리 상태
- 벌크 금속: 부드럽고 은백색의 육방금속 고체.
- 미세 분말: 암회색에서 검은색, 무취 분말; 광노출 시 어두워짐.
- 일반 물리적 서술: "벌크에서 부드러운 은백색 금속. 암회색에서 검은색 무취 분말. 고체."
밀도
- 보고된 밀도: 4.47 \(\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\) (표기 예: "4.47 g/cu cm", "4.47", 및 "4.47 (NIOSH, 2024) - 물보다 밀도가 높아 가라앉음").
융점
종합된 실험 데이터 내 다양한 보고 값: - \(\,1509\,^\circ\mathrm{C}\) (물리적 기술에서 기재) - \(\,1522\,^\circ\mathrm{C}\) (실험적 특성) - \(\,1526\,^\circ\mathrm{C}\) (실험적 특성) - 등가 화씨 표기: 2732 \(^\circ\mathrm{F}\) (NIOSH) 및 2732 \(^\circ\mathrm{F}\) (중복 기재)
참고: 출처별로 값이 다소 차이나며, 현재 데이터 내에 단일 확정 실험 값은 명시되어 있지 않습니다.
끓는점
종합된 실험 데이터 내 다양한 보고 값: - \(\,2927\,^\circ\mathrm{C}\) (물리적 기술) - \(\,3345\,^\circ\mathrm{C}\) (실험적 특성) - 5301 \(^\circ\mathrm{F}\) 및 "5301 \(^\circ\mathrm{F}\) at 760 mmHg (NIOSH, 2024)" (실험적 특성)
융점과 마찬가지로 끓는점도 여러 실험 값이 존재하며, 정확한 상 경계가 필요한 경우 제품별 또는 공정별 자료를 참조하시기 바랍니다.
화학적 특성 (반응성 및 산화 상태)
산화 상태
- 지배적이며 화학적으로 확립된 산화 상태: +3 (3가 양이온 상태). 여러 자료에서 "주로 3가 상태로만 알려짐"으로 명시됨.
- 일부 맥락에서는 2가 화합물이 특성화됨: 데이터셋에는 "Yttrium(2+)는 2가 금속 양이온"이라는 표기와 동의어가 포함되어 있음. 실제로 대부분 화합물에서는 +3 상태가 열역학적으로 우세하며, 낮은 산화 상태(+2)는 일반적이지 않고 특수 리간드 환경이나 환원 조건에서 안정화됩니다.
공기 및 물과의 반응성
- 벌크 금속은 보호 산화막을 형성하여 공기 중에서 비교적 안정적이나, 미분말, 절삭 조각, 박편 등은 광 및 공기에 민감하며 가연성이 있을 수 있음. 분말 또는 분진은 산화되고 광 노출 시 색이 어두워지며, 발화성 또는 인화성 고체 특성을 보일 수 있음.
- 물과 반응: 물에서 분해되며("물에서 분해됨"으로 기술됨), 수소 가스를 발생시키며 반응 속도는 냉수에서 느리고 끓는 물에서는 빠름. 원소 금속은 "수분 반응성" 및 "강한 환원제"로 기술됨.
산 및 염기와의 반응성
- 용해도 및 반응성: 희석 산과 수산화칼륨 용액에 용해됨; 일부 자료에서는 뜨거운 물에도 용해된다고 명시. 강한 산화제, 강산, 강염기, 할로겐과 반응하여 자극적이며 잠재적으로 독성인 생성물을 형성. 취급 지침에 따르면 산화제 및 할로겐과의 상용성은 부적합함.
동위원소 조성
안정 동위원소
- 자연 상태의 이트륨은 본질적으로 단일 동위원소: 단일 안정 동위원소인 이트륨-89를 포함.
방사성 동위원소
- 분석 정보에 따르면 총 43개의 불안정 동위원소 및 이성질체가 특성화되어 있음. 방사성 동위원소(^90Y 등)는 동의어에 언급되며, 특수 핵 또는 의료 응용에 사용됨. 방사성 화학 또는 규제 관리를 필요로 하는 경우 동위원소 규격은 별도의 물질로 취급 필수.
열역학 파라미터
열용량 및 관련 데이터
보고된 열역학적 속성 (결정상 및 기상 상태 값 구분): - 298.15 K에서 결정상 열용량: 26.5 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - 298.15 K에서 기상 열용량: 25.9 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - 298.15 K에서 결정상 엔트로피: 44.4 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\). - 298.15 K에서 기상 엔트로피: 179.5 \(\mathrm{J}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{K}^{-1}\).
또한 보고됨: 융해열 = 11.43 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\); 승화열 = 424.7 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\) (출처에서는 "25 °C에서" 명시).
엔탈피 및 깁스 자유 에너지
- 298.15 K에서의 표준 생성 엔탈피(결정상): 0.0 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- 298.15 K에서의 표준 생성 엔탈피(기상): 421.3 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- 생성 깁스 자유 에너지(기상): 381.1 \(\mathrm{kJ}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
이 열역학적 매개변수는 응축상 기준 상태(원소 결정, 관례적으로 엔탈피를 0으로 설정)와 기상 종을 구분하며, 고온 기화, 승화 및 기상 평형 계산 수행 시 관련됩니다.
식별자 및 동의어
등록 번호 및 코드
- CAS 번호: 7440-65-5
- 소스 자료에 기재된 대체 CAS 번호: 13598-57-7 (폐기/대체 항목도 존재)
- EC 번호: 231-174-8
- UNII: 58784XQC3Y
- 표시된 UN 번호 항목: 3178 (Yttrium)
- ChEBI: CHEBI:49978
- DSSTox 물질 ID: DTXSID0049816
- HMDB ID: HMDB0013667
- NCI Thesaurus 코드: C28199
- InChI: InChI=1S/Y
- InChIKey: VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [Y]
동의어 및 일반명
선정된 동의어 및 일반명(컴파일된 설명자에 나타난 내용): - Yttrium; Y; Yttrium (element); Yttrium metal; Yttrium-89; yttrium atom; Yttrium(2+); Yttrium ion; Yttrium foil; Yttrium powder; Y1; 39Y; Y Standard Solution (다양한 농도 및 매트릭스가 표준 조제로 소스 목록에 등재됨).
(공급자 및 제공자가 제공한 광범위한 동의어와 제품 설명 목록이 컴파일에 포함되어 있으며, 상기 명칭들은 원문 자료에 그대로 나타나는 대표적인 이름입니다.)
산업 및 상업적 적용
주요 사용 분야
- 전자 및 디스플레이 형광체: 스크린 및 디스플레이용 형광체 성분.
- 금속공학 및 코팅: 합금 내 탈산제 및 성질 개량제로 사용, 고온 금속 코팅 및 특수 금속공학 응용에 적용.
- 광학 및 레이저: 이트륨-알루미늄-가넷(YAG) 레이저 재료 및 관련 광학 세라믹 구성 요소.
- 핵 및 의학: 핵 산업 내 활용 및 특수 용도의 방사성 동위 원소(ex. ^90Y) 존재.
- 표준물질 및 분석화학: 원소분석(ICP, AAS)을 위한 인증 표준 용액 및 재료와 내부 표준으로 판매.
일반적인 적용 사례
- 이트륨 함유 호스트 격자를 포함하는 디스플레이 및 조명 기술용 형광체 조성물.
- 특수 금속 내 고온 강도 또는 내산화성 향상을 위한 합금 첨가제.
- 레이저 이득 매체 및 광학 부품용 YAG 및 도핑 YAG 세라믹.
- 분석용 표준물질: 기기 교정을 위한 이트륨 표준 용액 및 고체 표준.
일반적인 제형 및 제품 형태는 고순도 잉곳, 덩어리, 막대, 박, 분말, 스퍼터링 타깃 등이 있으며, 제조 노트에는 "일반 고순도(잉곳, 덩어리, 절단편), 금속공학용, 저산소, 결정 스펀지, 분말"과 같은 등급 설명이 포함됩니다.
요약된 적용 개요가 조달 또는 공정 선택에 필요한 경우: 이트륨은 세라믹 및 형광체 내 3가 양이온으로서의 전자적/구조적 역할 혹은 금속 합금 및 코팅 첨가제로서 일반 기초 금속으로는 달성할 수 없는 물질 특성 개선을 위해 선택됩니다.
안전 및 취급 개요
저장 및 취급 고려사항
- 물리적 위험: 미세 분말, 절단편, 박편 형태의 이트륨은 공기, 빛, 수분에 민감하며 인화성 또는 발화성일 수 있음; 분진은 폭발성 혼합물을 형성하고 강한 불꽃으로 연소할 수 있음. 벌크 금속은 표면 산화막으로 인해 자발적 인화 가능성은 낮으나 가열 시 산화됨.
- 화학적 부적합성: 강한 산화제, 할로겐, 강산 및 강염기는 위험 반응 파트너로 분류됨. 비호환 물질과의 접촉을 방지하고 분말의 발화원 제거 필요.
- 저장: 반응성이 있는 형태(분말, 절단편)는 밀폐 용기에 불활성 분위기 하에 또는 수분 및 공기 노출을 제한하는 방식으로 보관. 산화제 및 할로겐 화합물과 분리 보관.
상세한 위해성, 운송 및 규제 정보는 제품별 안전보건자료(SDS) 및 현지 법규를 참조해야 합니다.
산업 현장 노출 및 보호 조치
- 권장 노출 한계 및 기준값:
- NIOSH REL / OSHA PEL / TLV: 1 mg·m^-3 (여러 문서에서 "1 mg/m^3"로 명기) — 이값들은 이트륨 및 이트륨 화합물에 대해 "Y 기준"으로 산정된 시간 가중 평균치를 의미.
- IDLH (즉시 위험 단계 농도): 500 mg·m^-3 (Y 기준).
- 개인 보호 장비(PPE): 비산 분진 및 연기 제어를 위해 공기 중 농도에 적합한 호흡기 및 필터 사용 권장. 소스 문서들은 농도별 호흡기 선택 가이드라인 제공(필터는 N95부터 고농도 및 IDLH 상황에서는 완전 외부 공기 공급 및 SCBA까지). 기본 응급처치: 눈 세척, 비누와 물로 피부 세척, 흡입 노출 시 신선한 공기로 이동, 섭취 또는 심각한 노출 시 즉시 의료 도움 요청.
- 소방 및 유출 대응: 소규모 화재는 건식 화학약품, CO2, 모래 또는 폼으로 진압 가능; 금속 분말 화재는 D급 소화제(건식 모래, 흑연 분말, NaCl 기반 소화제) 또는 특수 금속 화재 진압 절차 필요. 분말 유출 시 발화원 제거, 분진 구름 형성 방지, 적합한 용기에 수거하여 폐기; 대량 유출 시 적시 회수를 위해 흡수 및 저류 권장.
산업 현장 건강 위해성 요약에는 호흡기 자극, 눈 자극, 동물 실험에서 관찰된 간 영향 가능성, 고용량 동물 모델에서 폐 섬유증 유발 가능성이 포함됨. 특정 노출 상황에서 직업성 간독성 물질일 수 있음. 응급 치료 및 해독 요법 관련하여, 중증 노출시 표준적 지지적 소생술, 폐 지원 및 대증 치료 권장; 섭취 시 전문가 지도 없이 구토 유도 금지.
보호 조치, 격리 및 긴급 대응에 대한 최종 명세는 공급업체 SDS 및 해당 물질 형태(금속, 분말, 용액) 및 농도에 맞는 규제 지침을 참조하십시오.
