钇

（英文：Yttrium）是一种化学元素，符号为Y，原子序数为39，为第五周期第IIIB族元素，属于稀土金属。钇的摩尔质量为88.90g/摩尔，原子体积为33.7cm3/mol，原子密度为4.47g/cm3，核外电子排布为[Kr]4d15s2‘，在自然界中主要以+3价态存在。钇在自然界中仅存在一种稳定的同位素89Y，此外还有30种放射性同位素以及16种同质异能素。钇产品在发光材料、超导体、冶金行业、生物医疗、耐火陶瓷材料等领域具有广泛的运用。

发现历史

1787年，业余矿物学家、瑞典陆军中尉斯万特·阿累尼乌斯（Carl Axel Arrhenius）在瑞典首都斯德哥尔摩附近的伊特比(Ytterby)村发现一种黑石，1794年，芬兰化学家加多林（J.Godolin）从此矿物中分离出一种新的土性化合物，其含量达 38%，并根据矿石原产地是伊特比而将这种土性化合物称为“钇土”(yttria)。为了纪念加多林的贡献，该矿石被称为硅铍钇矿。随后，安德斯·古斯塔夫·埃克贝格(Anders Gustav Ekeberg)在此矿物中发现了一种新元素，将其命名为 Yteelium，这是人类最早确定的ree。1803 年，德国人克莱普罗斯 (MHKaproth)、瑞典人永斯·贝采利乌斯(J.J.Berzelius)和希辛格尔 (WHisinger)在其他矿石中发现了第二种稀土元素，它们将其命名为“土”（ceria）。在之后的100余年里，人们发现“钇土”和“铈土”并非单一元素，而是混合氧化物。随着工艺的进步，人们逐渐从“钇土”和“铈土”中分离和鉴定出剩余的14个稀土元素。此外，“钇土”和“铈土”并非是稀有元素的单质，而是它们的氧化物。1945年，最后一个稀有金属钜(Pm）于美国发现，所有ree被确定下来。

分布存在

钇在地壳中的丰度为0.0028，排在所有元素的第30位，在稀土元素中仅次于铈，排在第二位。在自然界中，钇与其余稀土元素紧密结合，共同赋存于相同的矿物中，主要有三种形态。第一种为独立稀土矿，如碳矿、独居石等，主成分为稀土元素；第二种为含有稀土元素的其余矿物如磷灰石、萤石等，第三种矿物中，稀土元素主要以离子状态吸附。世界上已知的稀土矿物约有 150 种之多，而含有稀元素的矿物有 250种以上。不同种类的矿物中各类ree的配分差异较大。元素钇在磷钇矿、褐钇矿中含量较高，这些矿物也是提取金属钇的主要原料。

稀土矿物在世界范围内分布差异较大，根据2018年美国地质勘探局 (United States Geological Survey，USGS)的数据，在全球稀土总储量中，中国约占38%，巴西占19%，越南占19%，俄罗斯占 10%，印度占 6%，美国等其他国家占 8%。在产量方面，2017年中国年产量占世界生产总量的80%以上，大部分的钇产品（氧化钇）也主要来自于中国。工业上的主要矿物包括氟碳铈矿、独居石、磷矿、离子型稀土矿等，这几种矿占稀土产量 95%以上。

物质结构

钇是周期表中IIIB族元素，与、系同属于ree。钇的化学式为Y，原子序数为39，摩尔质量为88.90g/摩尔，原子体积为33.7cm3/mol，原子密度为4.47g/cm3，钇原子的核外电子排布为[Kr]4d15s2（1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2），最散逸层有2个电子，次外层只有一个电子，活跃电子数为3，在自然界中主要以+3价态存在。钇在自然界中仅存在一种稳定的同位素89Y，此外还有30种放射性同位素以及16种同质异能素。与大多数稀土金属类似，钇呈紧密六方晶格或立方晶系结构排布。

理化性质

物理性质

金属钇是一种质软、带光泽的银白色金属晶体，无味，粉末状态时呈黑色。成块的钇在空气中会在表面形成保护性氧化层(Y2O3)，这种钝化过程使它相对稳定。不过粉末在空气中很不稳定，金属屑可以在 400℃以上的温度在空气中点燃。钇的熔点为1509℃，沸点为2927℃，20℃时密度为4.47，在水和盐酸、硫酸中分解。

化学性质

制备

单质钇的制备

单质钇的制备主要包括熔盐电解法和热还原法等。

金属热还原法利用的是钇的氟化物或者氯化物与金属还原剂在反应槽内加热发生反应制备单质钇，右图为热还原法使用的反应槽，还原剂一般采用钙、镁和钾，其中，钾、镁用于氯化物的还原，钙主要用于氟化物的还原，后者也被称为钙热还原法，具有速率快，产物回收率高的优点。

熔盐电解法主要采用的是氯化钇和碱金属氯化物熔盐体系，具有成本低，利用率高等特点。右图显示了两种常用的电解槽，其中阴极一般采用钜或钨材料制成，阳极由石墨烯制成，反应过程涉及的主要方程式如下：

阳极：

阴极：

氧化钇的制备

钇元素主要存在于褐钽铌矿、磷钇矿或高离子矿等矿物中，从这些矿物获取氧化钇的流程主要包括溶解、萃取、酸溶、再萃取、浓缩、灼烧等过程。

用途

钇产品在发光材料、超导体、冶金行业、生物医疗、耐火陶瓷材料等领域具有广泛的运用。

晶体材料是钇元素最广泛的领域，如钇铝石榴石（Y3Al5O12）、硅酸钇（YSiO）等钇晶体产品。其中，钇铝石榴石因其硬度高、耐热性好、性质稳定等优点，是应用最广泛的一类激光晶体材料。此外，在发光材料领域，稀土钇是荧光粉的重要成分，利用其吸收能量强、能量转化率高等优点，被用于显示器、发光二极管等显示设备。例如，Y2O2S常被用于制作红色荧光粉。

在冶炼行业，元素钇常用作添加剂，能够显著改善钢铁和有色金属合金的性能，如耐蚀性、导电性、力学性能等，满足航空航空等领域的高质量标准。在超导体中，钇元素是超导体的重要组成部分，在高温超导中具有重要的研究价值。

氧化钇是用途广泛的一类含钇产品。氧化钇具有良好的耐高温性能，是理想的耐高温陶瓷材料。此外，氧化钇在生物医疗领域也有广泛的运用，被用于药物输送、生物成像、抗菌抗癌等。氧化钇对部分有害病原体具有抑制作用。利用钇特殊的配位性质，可以生成大量的配位化合物用于医学成像等。

安全事项

安全标志

储存与运输

金属钇应该保存在干燥环境中，或使用惰性气体保护，并存放在通风良好的房间内。存放地点需远离排水管或下水道等地方。在运输过程中要注意保持容器密闭，做好防潮，使用惰性气体保护。

火灾风险与处置

金属钇可被摩擦、热量、火花或火焰点燃。有些可能会迅速燃烧，有耀眼的燃烧效果。粉末、粉尘、刨花、钻孔、车削或切割物可能会爆炸或以爆炸性的暴力燃烧。物质可能以熔融形式运输，温度可能高于其闪点。火灾扑灭后可能重新点燃。

如果金属钇不慎燃烧，在火情较小时，可使用干化学剂、二氧化碳、沙子、土、喷水或普通泡沫。如果火情较大，应使用喷水、雾化或普通泡沫。在安全的前提下，将未损坏的钇储存容器撤离火场，如果火情无法控制，迅速撤离。

健康危害与处置

钇可以通过皮肤、呼吸道、眼睛、饮食等进入人体。如果眼睛不慎与钇接触，立即用大量水清洗，偶尔抬起下眼睑和上眼睑，并迅速就医。如果皮肤与钇接触，立即用肥皂和水清洗受污染的皮肤。如果渗透到衣服中，立即脱掉衣服并用肥皂和水清洗皮肤，并及时就医。如果不慎吸入大量这种物质，请立即将暴露的人转移到新鲜空气中，如果呼吸停止，请进行人工呼吸。让受影响的人保持温暖和休息。尽快就医。如果不慎吞咽，需要立即就医。

毒理学资料

大鼠单次气管内给药后出现肺纤维化；在动物研究中，通过腹腔途径有中度毒性；50毫克/千克的剂量会导致肝脏坏死。在鼠体实验中，静脉注射91Y20微玛丽·居里/克，给狗静脉注射Y，剂量为0.1~0.2微居里/公斤，免疫细胞、红胞及血小板数均出现降低。狗由于放射病在存活26天后死亡，观察到骨骼发育不全。给大鼠剂量为0.6微玛丽·居里/克时，在60~75%的动物中引起骨肉瘤。

参考资料

Yttrium | Y.PubChem.2023-03-11

yttrium chemical element.britannica.2023-03-11

钇.MSDS.2023-03-11

GHS-Classification.Yttrium | Y - PubChem.2023-03-19

YTTRIUM .CAMEO Chemicals | NOAA.2023-03-19

Recommendations .Yttrium | Y - PubChem.2023-03-19

Fire-Hazards.Yttrium | Y - PubChem.2023-03-19