Itrij (Y, latinski ytrium) je metal IIIB i atomskog broja 39. To je srebrno-metalan prijelazni metal kemijski sličan lantanoidima te je često klasificiran kao "rijetki zemni metal". Itrij se gotovo uvijek nalazi u spoju s lantanoidima u rijetkim zemnim mineralima te se nikada ne nalazi u prirodi kao slobodni element. Njegov jedini stabilni izotop, 89Y, je također njegov jedini prirodni popratni izotop.
Godine 1787. Carl Axel Arrhenius pronašao je novi mineral kraj Ytterbya u Švedskoj te ga nazvao ytterbite, prema nazivu sela. Johan Gadolin otkrio je itrijev oksid u uzorku Arrheniusa 1789., a Anders Gustaf Ekeberg nazvao je novi oksid yttria. Elementarni itrij prvi je izolirao Friedrich Wöhler 1828.
Najvažnija upotreba itrija je u stvaranju svjetlećeg materijala, poput crvenih koje se koriste u televizijskim aparatima, katodnim monitorima (CRT) i u svjetlećim diodama. Koristi se također i za proizvodnju u elektrodama, elektrolitima, električnim filterima, laserima i supervodičima; raznim medicinskim primjenama i za miješanje s raznim materijalima kako bi se poboljšala njihova svojstva. Itrij nema nijednu poznatu biološku ulogu, a izlaganje itrijevim spojevima može dovesti do bolesti dišnog sustava u ljudi.
Karakteristike
Svojstva Itrij je mekan, srebrno-metalni, sjajan i vrlo kristalan prijelazni metal 3. skupine kemijskih elemenata. Ima manju elektronegativnost od njegovog prethodnika prema tablici elemenata, skandija, te manju elektronegativnost od sljedećeg elementa 5. periode kemijskih elemenata, cirkonija; osim toga, po elektonegativnosti je usporediv sa sljedećim u 3. grupi, lutecijem, zbog kontrakcije lantanoida. Itrij je prvi element d-bloka u petoj periodi.
Ovaj čisti element je relativno stabilan u zraku u rasutom stanju, zbog pasivnosti koja nastaje zbog sloja zaštitnog oksida (Y2O3) na njegovoj površini. Ovaj sloj doseže debljinu od 10 µm kada se itrij zagrije na 750 °C u vodenoj pari. Kada je pak fino podijeljen, itrij je vrlo nestabilan u zraku; djelići ovog metala mogu se zagrijati u zraku do temperature koja prelazi 400 °C. Itrijev dušik (YN) stvara se kada se metal zagrije do 1000 °C u dušiku.
Sličnosti s lantanoidima Sličnosti itrija s lantanoidima su tako snažne da je ovaj element kroz povijest često bio svrstan u skupinu rijetkih zemnih metala, te se u prirodi uvijek nalazi zajedno s njima u rijetkim zemnim mineralima.Emsley 2001, str. 498
Kemijski, itrij je sličniji tim elementima od njegovog susjeda u periodnom sustavu elemenata, skandija,Daane 1968, str. 810 a ako bi se njegove fizičke osobine stavile u atomski broj imale bi broj od 64.5 do 67.5, stavljajući ga tako između lantanoida gadolinija i erbija.Daane, A. H. (1968). "Yttrium". In Hampel, Clifford A. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. LCCN 68029938. OCLC 449569, str. 815
Također često pada u isti raspon reakcijskog reda, koji je sličan terbiju i disproziju po svojoj kemijskoj reakciji. Itrij je tako po veličini blizu tzv. "itrijske skupine" teških iona lantanoida da se u otopini ponaša kao da je jedan od njih.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ., str. 945. Iako su lantanoidi jedan red niže u tablici periodnog sustava od itrija, sličnosti u atomskom radijusu mogu se pripisati kontrakciji lantanoida.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. .| page=str. 1234.
Jedan od rijetkih značajnih razlika između kemijskih svojstava itrija i lantanoida je taj da je itrij gotvo isključivo trovalentan, dok oko polovice lantanoida može imati i drugačiju valentnost od tri.Daane, A. H. (1968). "Yttrium". In Hampel, Clifford A. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. LCCN 68029938. OCLC 449569, str. 817.
Spojevi i reakcije Kao trovalentan prijelazni metal, tvori razne anorganske spojeve, uglavnom u oksidacijskom stanju +3, predajući sva svoja tri valentna elektrona.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ., str. 948. Dobar primjer je Itrijev(III) oksid (Y2O3), poznat i kao itrija, šestero-koordinatna bijela krutina.
Itrij tvori itrijev fluorid koji nije topiv u vodi, hidroksid i oksalat, ali njegov bromid, klorid, jodid, nitrat i sulfat su topljivi u vodi. Ion Y3+ bezbojan je kada se topi zbog odsutnosti elektrona u elektronskoj ljusci d i f.
Voda izaziva reakciju s itrijem i njegovim spojevima kako bi tvorili Y2O3. Koncentrirana dušična i Fluorovodonička kiselina ne napadaju snažno itrij, za razliku od drugih snažnih kiselina.
S halogenima itrij tvori halide kao što su itrijum(III) fluorid, itrijev(III) klorid (YCl3) i itrijev(III) bromid (YBr3) pri temperaturama iznad 200 °C. Isto tako, ugljik, fosfor, selen, silicij i sumpor kod povišenih temperatura tvore binarne spojeve s itrijem.
Organoitrijska kemija proučava spojeve koje sadrže veze ugljika i itrija. Za nekolicinu njih se zna da sadrže itrij pri oksidacijskom stanju 0. (+2 stanje promatrano je u topljivosti klorida, a +1 u oksidacijskim skupinama u plinovitom stanju) Neke trimerizacijske reakcije promotrene su upotrebljavajući organoitrijske spojeve kao katalizatore. Ovi spojevi koriste YCl3 kao početni materijal, koji se pak dobivaju od Y2O3 i koncentrirane klorovodonične kiseline i amonijevog klorida.
Haptičnost je koordiniranje skupine graničnih atoma liganda prema središnjem atomu; na to ukazuje grčko slovo eta, η. Itrijevi spojevi bili su prvi spojevi gdje su karboranski ligandi vezani za d0-metalni centar uz pomoć η7-haptičnosti. Isparavanje grafitno umetnutog spoja grafita–Y ili grafita–Y2O3 vodi do stvaranja endohedralnih fulerena kao što su Y@C82. Proučavanja elektronske spinske rezonancije ukazuju na stvaranje parova Y3+ i (C82)3− iona. Karbidi Y3C, Y2C i YC2 mogu se hidrolizirati kako bi tvorili ugljikovodike.
Nukleosinteza i izotopi
Itrij je u sunčevom sustavu stvoren procesom zvjezdane nukleosinteze, većinom putem s-procesa (≈72%), ali također i putem r-procesa (≈28%). R-proces čini brzo hvatanje neutrona lakših elemenata tijekom eksplozija supernova. S-proces je pak sporo hvatanje neutrona lakših elemenata unutar pulsirajućih crvenih divova.
mini|225px|Mira Ceti je primjer tipa crvenog diva u kojem je stvorena većina itrija sunčeva sustava. Izotopi itrija su među najčešćim proizvodima nuklearne fisije uranija koji se zbiva u nuklearnim eksplozijama i nuklearnim reaktorima. Što se tiče upravljanja nuklearnog otpada, najvažniji izotopi itrija su 91Y i 90Y, čije je vrijeme poluraspada 58,51 dan za prvi i 64 sati za drugi. Iako 90Y ima kratko vrijeme poluraspada, postoji u sekularnoj ravnoteži sa svojim dugoročnim roditeljskim izotopom, stroncijem-90 (90Sr) čije je vrijeme poluraspada 29 godina.
Svi elementi 3. grupe imaju neparan atomski broj, te stoga imaju malo stabilnih izotopa.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ., str. 946. Skandij ima jedan stabilni izotop, a sam itrij ima samo jedan stabilan izotop, 89Y, koji je također njegov jedini prirodni. Ipak, rijetki zemni elementi sadrže elemente parnih atomskih brojeva i puno stabilnih izotopa. Smatra se da je itrij-89 obilniji nego što bi inače bio, dijelom i zbog s-procesa, koji dozvoljava dovoljno vremena za izotope stvorene od drugih procesa da se raspadnu putem emisije elektrona (neutron → proton).U biti, neutron postaje proton dok se emitiraju jedan elektron i antineutrino. Takav polagan proces favorizira izotope s atomskim relativnom atomskom masom (A = protoni + neutroni) od oko 90, 138 i 208, koji imaju neobično stabilne atomske jezge s 50, 82 i 126 neutrona.Vidi: čarobni broj. Smatra se da ova stabilnost nastaje zbog jako niskog nuklearnog udarnog presjeka. (Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. .). Elektornska emisija izotopa s takvim masenim brojevima je jednostavno manje učestala zbog njegove stabilnosti, što rezultira da su oni obilniji. 89Y ima maseni broj blizu 90 te ima 50 neutrona u svojoj jezgri.
Proučavana su najmanje 32 sintetička izotopa itrija, a isti imaju raspon atomskog masenog broja od 76 do 108. Najmanje stabilni od njih je 106Y s vremenom poluraspada od >150 nanosekundi (76Y ima poluraspad od >200 ns) a najstabilniji je 88Y s poluraspadom od 106.626 dana. Uz izotope 91Y, 87Y i 90Y, s vremenom poluraspada od 58,51 dana, 79.8 sati i 64 sati, a svi ostali izotopi imaju vrijeme poluraspada manje od jednog dana a većina ovih imaju vrijeme poluraspada manje od jednog sata.
Itrijevi izotopi s masenim brojem istim ili manjim od 88 raspadaju se većinom izbacivanjem pozitrona (proton → neutron) kako bi stvorili stroncijeve (Z = 38) izotope. Itrijevi izotopi s masenim brojem od 90 ili manje raspadaju se većinom izbacivanjem elektrona (neutron → proton) te tako stvorili cirkonijeve (Z = 40) izotope. Izotopi s masenim brojem od 97 ili iznad također imaju manji put raspada od β− kašnjenje izbacivanja neutrona.
Itrij ima najmanje 20 nuklearnih izomera u rasponu masenog broja od 78 do 102. Većina pobuđenih stanja uočena su za 80Y i 97Y. Dok se za većinu itrijevih izomera očekuje da su manje stabilni nego njegovo osnovno stanje, 78mY, 84mY, 85mY, 96mY, 98m1Y, 100mY i 102mY imaju dulje vrijeme poluraspada od njihovih osnovnih stanja, jer se ti izomeri raspadaju beta raspadom, a ne izomernim prijelazom.
Povijest Godine 1787., vojni časnik i kemičar iz hobija Carl Axel Arrhenius pronašao je težak crni kamen u starom kamenolomu kraj švedskog sela Ytterby. Pošto je smatrao da se radi o nepoznatom mineralu koji sadrži novo otkriveni element volfram,Emsley 2001, str. 496. nazvao ga je ytterbiteNaziv Ytterbite dobiven je spajanjem naziva sela kraj kojeg je otkriven kamen i nastavka -ite kako bi se naznačilo da se radi o mineralu. poslao je uzorke raznim kemičarima radi analize.an der Krogt, Peter (5 svibnja 2005.). "39 Yttrium". Elementymology & Elements Multidict. Pristupljeno 6. kolovoza 2008.
mini|150px|lijevo|Johan Gadolin otkrio je itrijev oksid. Johan Gadolin sa sveučilišta Åbo identificirao je novi oksid Arrheniusovom uzorku 1789., te je objavio svoju potpunu analizu 1794.Gadolin 1794Stwertka 1998, str. 115 navodi da se identifikacija odigrala 1789. ali ne navodi kada je objavljena. Van der Krogt (2005.) citira izvornu publikaciju, te navodi i godinu 1794., prema Gadolinu. Anders Gustaf Ekeberg potvrdio je ovo otkriće 1797. te je nazvao novi oksid yttria.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ., str. 944. Antoine Lavoisier je kasnije razvio prvu modernu definiciju kemijskih elemenata, te mu dao naziv yttrium [itrij].
Godine 1843., Carl Gustaf Mosander otkrio je da uzorci yttria sadrže tri oksida: bijeli itrijev oksid (yttria), žuti terbijev(III,IV) oksid i ružićasti erbijev(III) oksid (tada zvan terbija). Četvrti oksid, iterbijev(III) oksid, izolirao je 1878. Jean Charles Galissard de Marignac. Novi elementi kasnije će biti izolirani od svakog od ovih oksida, a svaki element dobit će naziv po Ytterbyu, selu u čijoj su blizini nađeni u kamenolomu (vidi iterbij, terbij i erbij). Sljedećih desetljeća, nekoliko novih metala otkriveno je u "Gadolinovom itriju". Pošto je itrija ipak bio mineral a ne oksid, Martin Heinrich Klaproth preimenovao ga je u gadolinit u čast gospodinu Gadolinu.
Itrijev metal prvi je izolirao Friedrich Wöhler 1828. kada je zagrijao itrijev(III) klorid s kalijem:
Do ranih 1920-ih, kemijski simbol Yt koristio se za taj element, nakon čega je dobio pojednostavljenu oznaku Y.