यट्रियम

From LTRC

यट्रियम (Yttrium) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Y और परमाणु क्रमांक 39 है। यह एक चांदी जैसी धात्विक संक्रमण धातु है जो रासायनिक रूप से लैंथेनाइड के समान है और इसे अक्सर दुर्लभ-मृदा तत्व के रूप में वर्गीकृत किया गया है।[1] यट्रियम लगभग हमेशा दुर्लभ-मृदा खनिजों में लैंथेनाइड तत्वों के साथ संयोजन में पाया जाता है और प्रकृति में कभी भी मुक्त तत्व के रूप में नहीं पाया जाता है। 89Y एकमात्र स्थिर समस्थानिक है और एकमात्र समस्थानिक है जो पृथ्वी की पपड़ी में पाया जाता है।

यट्रियम का वर्तमान समय में सबसे महत्वपूर्ण उपयोग फॉस्फर के एक घटक के रूप में है, विशेष रूप से वे जो एलईडी (LEDs) में उपयोग किए जाते हैं। ऐतिहासिक रूप से, इसका व्यापक रूप से टेलीविजन सेट कैथोड रे ट्यूब डिस्प्ले में लाल फॉस्फर के रूप में उपयोग किया जाता था।[2] यट्रियम का उपयोग इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स, इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर, लेजर, अतिचालक (superconductors), विभिन्न चिकित्सा अनुप्रयोगों और उनके गुणों को बढ़ाने के लिए विभिन्न सामग्रियों के ट्रेसिंग में भी किया जाता है।

यट्रियम की कोई ज्ञात जैविक भूमिका नहीं है। यट्रियम यौगिकों के संपर्क में आने से मनुष्यों में फेफड़ों की बीमारी हो सकती है।[3]

व्युत्पत्ति

इस तत्व का नाम यटरबाइट (ytterbite) के नाम पर रखा गया है, जो 1787 में रसायनज्ञ कार्ल एक्सल अरहेनियस द्वारा पहचाना गया पहला खनिज था।[4] उन्होंने इस खनिज का नाम स्वीडन के यटरबी (Ytterby) गांव के नाम पर रखा, जहां इसे खोजा गया था। जब बाद में यटरबाइट में मौजूद रसायनों में से एक को पहले से अज्ञात तत्व पाया गया, तो उस तत्व का नाम खनिज के नाम पर यट्रियम रखा गया।

विशेषताएं

गुण

यट्रियम समूह 3 में एक नरम, चांदी-धात्विक, चमकदार और अत्यधिक क्रिस्टलीय संक्रमण धातु है। आवर्त प्रवृत्तियों (periodic trends) के अनुसार, यह समूह में अपने पूर्ववर्ती स्कैंडियम की तुलना में कम विद्युतऋणात्मक है, और आवर्त 5 के अगले सदस्य जिरकोनियम की तुलना में भी कम विद्युतऋणात्मक है।[5] हालाँकि, लैंथेनाइड संकुचन के कारण, यह समूह में अपने उत्तराधिकारी लुटेटियम की तुलना में भी कम विद्युतऋणात्मक है।[6][7][8] यट्रियम पांचवें आवर्त में पहला d-ब्लॉक तत्व है।

शुद्ध तत्व थोक रूप में हवा में अपेक्षाकृत स्थिर है, क्योंकि सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड (Y2O3) फिल्म का निष्क्रियीकरण (passivation) हो जाता है। जब यट्रियम को जल वाष्प में 750 °C तक गर्म किया जाता है, तो यह फिल्म 10 μm की मोटाई तक पहुंच सकती है।[9] हालाँकि, जब इसे बारीक विभाजित किया जाता है, तो यट्रियम हवा में बहुत अस्थिर होता है; धातु की छीलन या टर्निंग्स 400 °C से अधिक तापमान पर हवा में आग पकड़ सकती हैं।[10] जब धातु को नाइट्रोजन में 1000 °C तक गर्म किया जाता है तो यट्रियम नाइट्राइड (YN) बनता है।[9]

लैंथेनाइड्स के साथ समानता

यह भी देखें: दुर्लभ-मृदा तत्व

यट्रियम की लैंथेनाइड्स के साथ समानता इतनी मजबूत है कि इस तत्व को दुर्लभ-मृदा तत्व के रूप में उनके साथ समूहीकृत किया गया है,[1] और यह प्रकृति में हमेशा उनके साथ दुर्लभ-मृदा खनिजों में पाया जाता है।[11] रासायनिक रूप से, यट्रियम आवर्त सारणी में अपने पड़ोसी स्कैंडियम की तुलना में उन तत्वों के अधिक करीब है,[12] और यदि भौतिक गुणों को परमाणु क्रमांक के विरुद्ध आलेखित किया जाए, तो इसकी स्पष्ट संख्या 64.5 से 67.5 होगी, जो इसे लैंथेनाइड्स गैडोलीनियम और अर्बियम के बीच रखती है।[13]

यह अक्सर प्रतिक्रिया क्रम के लिए भी उसी सीमा में आता है,[9] और अपनी रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता में टर्बियम और डिस्प्रोसियम जैसा दिखता है।[2] यट्रियम भारी लैंथेनाइड आयनों के तथाकथित 'यट्रियम समूह' के आकार के इतना करीब है कि घोल में, यह ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि यह उनमें से एक हो।[9][14] भले ही लैंथेनाइड्स यट्रियम की तुलना में आवर्त सारणी में एक पंक्ति नीचे हैं, परमाणु त्रिज्या में समानता का श्रेय लैंथेनाइड संकुचन को दिया जा सकता है।[15]

यट्रियम और लैंथेनाइड्स के रसायन विज्ञान के बीच कुछ उल्लेखनीय अंतरों में से एक यह है कि यट्रियम लगभग विशेष रूप से त्रिसंयोजक (trivalent) है, जबकि लगभग आधे लैंथेनाइड्स की संयोजकता तीन के अलावा अन्य हो सकती है; फिर भी, पंद्रह लैंथेनाइड्स में से केवल चार के लिए ये अन्य संयोजकताएं जलीय घोल में महत्वपूर्ण हैं (CeIV, SmII, EuII, और YbII)।[9]

यौगिक और प्रतिक्रियाएं

यट्रियम यौगिक

एक त्रिसंयोजक संक्रमण धातु के रूप में, यट्रियम अपने तीनों संयोजकता इलेक्ट्रॉनों को त्यागकर, आमतौर पर +3 ऑक्सीकरण अवस्था में विभिन्न अकार्बनिक यौगिक बनाता है।[16] एक अच्छा उदाहरण यट्रियम(III) ऑक्साइड (Y2O3) है, जिसे यट्रिया के रूप में भी जाना जाता है, जो एक छह-समन्वय वाला सफेद ठोस है।[17]

यट्रियम एक जल-अघुलनशील फ्लोराइड, हाइड्रॉक्साइड और ऑक्सालेट बनाता है, लेकिन इसके ब्रोमाइड, क्लोराइड, आयोडाइड, नाइट्रेट और सल्फेट सभी पानी में घुलनशील हैं।[9] Y3+ आयन घोल में रंगहीन होता है क्योंकि इसके d और f इलेक्ट्रॉन कोशों में इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति होती है।[9]

पानी यट्रियम और उसके यौगिकों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करके Y2O3 बनाता है।[11] केंद्रित नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड यट्रियम पर तेजी से हमला नहीं करते हैं, लेकिन अन्य मजबूत एसिड ऐसा करते हैं।[9]

हैलोजन के साथ, यट्रियम लगभग 200 °C से ऊपर के तापमान पर यट्रियम(III) फ्लोराइड (YF3), यट्रियम(III) क्लोराइड (YCl3), और यट्रियम(III) ब्रोमाइड (YBr3) जैसे ट्राइहैलाइड बनाता है।[3] इसी तरह, कार्बन, फास्फोरस, सेलेनियम, सिलिकॉन और सल्फर सभी उच्च तापमान पर यट्रियम के साथ द्विआधारी यौगिक (binary compounds) बनाते हैं।[9]

ऑर्गानोयट्रियम रसायन विज्ञान कार्बन-यट्रियम बंधन वाले यौगिकों का अध्ययन है। इनमें से कुछ को 0 ऑक्सीकरण अवस्था में यट्रियम होने के लिए जाना जाता है।[18] (+2 अवस्था क्लोराइड पिघलने में देखी गई है,[19] और गैस चरण में ऑक्साइड क्लस्टर में +1 देखी गई है।[20]) कुछ ट्राइमेराइजेशन प्रतिक्रियाएं उत्प्रेरक के रूप में ऑर्गानोयट्रियम यौगिकों के साथ उत्पन्न की गई थीं।[18] ये संश्लेषण YCl3 का उपयोग प्रारंभिक सामग्री के रूप में करते हैं, जो Y2O3 और केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड और अमोनियम क्लोराइड से प्राप्त होता है।[21][22]

हैप्टिसिटी (Hapticity) केंद्रीय परमाणु से बंधे लिगैंड के परमाणुओं के एक समूह के समन्वय का वर्णन करने के लिए एक शब्द है; इसे ग्रीक अक्षर एटा, η द्वारा इंगित किया जाता है। यट्रियम कॉम्प्लेक्स ऐसे कॉम्प्लेक्स के पहले उदाहरण थे जहां कार्बोरेनिल लिगैंड η7-हैप्टिसिटी के माध्यम से d0-धातु केंद्र से बंधे थे।[18] ग्रेफाइट इंटरकलेशन यौगिक ग्रेफाइट–Y या ग्रेफाइट–Y2O3 का वाष्पीकरण Y@C82 जैसे एंडोहेड्रल फुलरिन के गठन की ओर ले जाता है।[2] इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद अध्ययनों ने Y3+ और (C82)3− आयन जोड़े के गठन का संकेत दिया।[2] कार्बाइड Y3C, Y2C, और YC2 को हाइड्रोकार्बन बनाने के लिए हाइड्रोलाइज किया जा सकता है।[9]

समस्थानिक और न्यूक्लियोसिंथेसिस

सौर मंडल में यट्रियम का निर्माण तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा हुआ था, ज्यादातर s-प्रक्रिया (≈72%) द्वारा, लेकिन r-प्रक्रिया (≈28%) द्वारा भी।[23] r-प्रक्रिया में सुपरनोवा विस्फोटों के दौरान हल्के तत्वों द्वारा तेजी से न्यूट्रॉन कैप्चर शामिल है। s-प्रक्रिया स्पंदित लाल दानव (red giant) सितारों के अंदर हल्के तत्वों का धीमा न्यूट्रॉन कैप्चर है।[24]

यट्रियम समस्थानिक परमाणु विस्फोटों और परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम के परमाणु विखंडन के सबसे सामान्य उत्पादों में से हैं।[25] परमाणु कचरा प्रबंधन के संदर्भ में, यट्रियम के सबसे महत्वपूर्ण समस्थानिक 91Y और 90Y हैं, जिनकी अर्ध-आयु क्रमशः 58.51 दिन और 64 घंटे है।[26] हालाँकि 90Y की अर्ध-आयु कम है, यह अपने लंबे समय तक जीवित रहने वाले मूल समस्थानिक, स्ट्रोंटियम-90 (90Sr) (अर्ध-आयु 29 वर्ष) के साथ धर्मनिरपेक्ष संतुलन (secular equilibrium) में मौजूद है।[10]

सभी समूह 3 तत्वों का परमाणु क्रमांक विषम होता है, और इसलिए कुछ ही स्थिर समस्थानिक होते हैं।[6] स्कैंडियम का एक स्थिर समस्थानिक है, और यट्रियम का केवल एक स्थिर समस्थानिक है, 89Y, जो एकमात्र समस्थानिक भी है जो प्राकृतिक रूप से होता है। हालाँकि, लैंथेनाइड दुर्लभ मृदा में सम परमाणु क्रमांक और कई स्थिर समस्थानिक वाले तत्व होते हैं। यट्रियम-89 को जितना होना चाहिए उससे अधिक प्रचुर मात्रा में माना जाता है, जिसका आंशिक कारण s-प्रक्रिया है, जो अन्य प्रक्रियाओं द्वारा बनाए गए समस्थानिकों को इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (न्यूट्रॉन → प्रोटॉन) द्वारा क्षय होने के लिए पर्याप्त समय देती है।[24][note 1]

ऐसी धीमी प्रक्रिया 90, 138 और 208 के आसपास परमाणु द्रव्यमान संख्या (A = प्रोटॉन + न्यूट्रॉन) वाले समस्थानिकों का पक्ष लेती है, जिनमें क्रमशः 50, 82 और 126 न्यूट्रॉन के साथ असामान्य रूप से स्थिर परमाणु नाभिक होते हैं।[24][note 2] यह स्थिरता उनके बहुत कम न्यूट्रॉन-कैप्चर क्रॉस-सेक्शन के परिणामस्वरूप मानी जाती है।[24] उन द्रव्यमान संख्याओं वाले समस्थानिकों का इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन इस स्थिरता के कारण कम प्रचलित है, जिसके परिणामस्वरूप उनकी प्रचुरता अधिक होती है।[10] 89Y की द्रव्यमान संख्या 90 के करीब है और इसके नाभिक में 50 न्यूट्रॉन हैं।

यट्रियम के कम से कम 32 सिंथेटिक समस्थानिक देखे गए हैं, और ये 76 से 108 तक परमाणु द्रव्यमान संख्या में हैं।[26] इनमें से सबसे कम स्थिर 109Y है जिसकी अर्ध-आयु 25 ms है और सबसे स्थिर 88Y है जिसकी अर्ध-आयु 106.629 दिन है।[27] 91Y, 87Y, और 90Y के अलावा, जिनकी अर्ध-आयु क्रमशः 58.51 दिन, 79.8 घंटे और 64 घंटे है; अन्य सभी समस्थानिकों की अर्ध-आयु एक दिन से कम है और अधिकांश की एक घंटे से कम है।[26]

88 या उससे कम द्रव्यमान संख्या वाले यट्रियम समस्थानिक मुख्य रूप से पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन (प्रोटॉन → न्यूट्रॉन) द्वारा क्षय होकर स्ट्रोंटियम (Z = 38) समस्थानिक बनाते हैं।[26] 90 या उससे अधिक द्रव्यमान संख्या वाले यट्रियम समस्थानिक मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (न्यूट्रॉन → प्रोटॉन) द्वारा क्षय होकर जिरकोनियम (Z = 40) समस्थानिक बनाते हैं।[26] 97 या उससे अधिक द्रव्यमान संख्या वाले समस्थानिकों में β− विलंबित न्यूट्रॉन उत्सर्जन के छोटे क्षय पथ भी ज्ञात हैं।[28]

यट्रियम में कम से कम 20 मेटास्टेबल ("उत्तेजित") आइसोमर्स हैं जो द्रव्यमान संख्या 78 से 102 तक हैं।[26][note 3] 80Y और 97Y के लिए कई उत्तेजना अवस्थाएं देखी गई हैं।[26] जबकि अधिकांश यट्रियम आइसोमर्स के अपने ग्राउंड स्टेट की तुलना में कम स्थिर होने की उम्मीद है; 78m, 84m, 85m, 96m, 98m1, 100m, 102mY की अर्ध-आयु उनके ग्राउंड स्टेट से लंबी होती है, क्योंकि ये आइसोमर्स आइसोमेरिक ट्रांजिशन के बजाय बीटा क्षय द्वारा क्षय होते हैं।[28]

इतिहास

1787 में, अंशकालिक रसायनज्ञ कार्ल एक्सल अरहेनियस को स्वीडिश गांव यटरबी (अब स्टॉकहोम द्वीपसमूह का हिस्सा) के पास एक पुरानी खदान में एक भारी काला पत्थर मिला।[29] यह सोचते हुए कि यह एक अज्ञात खनिज है जिसमें नया खोजा गया तत्व टंगस्टन है,[30] उन्होंने इसका नाम यटरबाइट[note 4] रखा और विश्लेषण के लिए विभिन्न रसायनज्ञों को नमूने भेजे।[29]

जोहान गैडोलिन ने 1789 में अरहेनियस के नमूने में एक नया ऑक्साइड (या "पृथ्वी") की पहचान की, और 1794 में अपना पूर्ण विश्लेषण प्रकाशित किया।[31][note 5] एंडर्स गुस्ताफ एकेबर्ग ने 1797 में पहचान की पुष्टि की और नए ऑक्साइड का नाम यट्रिया रखा।[32] एंटोनी लेवोइसियर द्वारा रासायनिक तत्व की पहली आधुनिक परिभाषा विकसित करने के बाद के दशकों में, यह माना जाता था कि पृथ्वी को उनके तत्वों में कम किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि एक नई पृथ्वी की खोज उस तत्व की खोज के बराबर थी, जो इस मामले में यट्रियम होता।[note 6][33][34][35]

फ्रेडरिक वोहलर को 1828 में पोटेशियम के साथ एक अस्थिर क्लोराइड, जिसे वे यट्रियम क्लोराइड मानते थे, की प्रतिक्रिया करके धातु को अलग करने का श्रेय दिया जाता है।[36][37][38]

1843 में, कार्ल गुस्ताफ मोसांडर ने पाया कि यट्रिया के नमूनों में तीन ऑक्साइड थे: सफेद यट्रियम ऑक्साइड (यट्रिया), पीला टर्बियम ऑक्साइड (भ्रामक रूप से, इसे उस समय 'एर्बिया' कहा जाता था) और गुलाब के रंग का अर्बियम ऑक्साइड (जिसे उस समय 'टर्बिया' कहा जाता था)।[39][40] एक चौथा ऑक्साइड, यटरबियम ऑक्साइड, 1878 में जीन चार्ल्स गैलिसार्ड डी मारिग्नैक द्वारा अलग किया गया था।[41] बाद में उन ऑक्साइड्स में से प्रत्येक से नए तत्व अलग किए गए, और प्रत्येक तत्व का नाम, किसी न किसी तरह, यटरबी के नाम पर रखा गया, जो उस खदान के पास का गांव था जहां वे पाए गए थे (देखें यटरबियम, टर्बियम, और अर्बियम)।[42] अगले दशकों में, "गैडोलिन की यट्रिया" में सात अन्य नई धातुएं खोजी गईं।[29] चूंकि यट्रिया को एक खनिज पाया गया था न कि ऑक्साइड, मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ ने गैडोलिन के सम्मान में इसका नाम बदलकर गैडोलिनाइट रख दिया।[29]

1920 के दशक की शुरुआत तक, तत्व के लिए रासायनिक प्रतीक Yt का उपयोग किया जाता था, जिसके बाद Y सामान्य उपयोग में आया।[43][44]

1987 में, यट्रियम बेरियम कॉपर ऑक्साइड को उच्च-तापमान अतिचालकता प्राप्त करने के लिए पाया गया था।[45] यह इस गुण को प्रदर्शित करने वाला केवल दूसरा ज्ञात पदार्थ था,[45] और यह नाइट्रोजन के (आर्थिक रूप से महत्वपूर्ण) क्वथनांक से ऊपर अतिचालकता प्राप्त करने वाला पहला ज्ञात पदार्थ था।[note 7]

घटना

प्रचुरता

यट्रियम अधिकांश दुर्लभ-मृदा खनिजों में पाया जाता है,[7] और कुछ यूरेनियम अयस्कों में, लेकिन पृथ्वी की पपड़ी में कभी भी मुक्त तत्व के रूप में नहीं पाया जाता है।[46] पृथ्वी की पपड़ी का लगभग 31 ppm यट्रियम है,[2] जो इसे 43वां सबसे प्रचुर तत्व बनाता है।[47]:615 यट्रियम मिट्टी में 10 से 150 ppm (23 ppm का शुष्क वजन औसत) के बीच और समुद्री पानी में 9 ppt पर पाया जाता है।[47] अमेरिकी अपोलो प्रोजेक्ट के दौरान एकत्र किए गए चंद्र चट्टान के नमूनों में यट्रियम की मात्रा अपेक्षाकृत अधिक है।[42]

यट्रियम को स्ट्रोंटियम और सीसा की तरह "हड्डी-खोजने वाला" (bone-seeker) नहीं माना जाता है।[48] सामान्य तौर पर, पूरे मानव शरीर में 0.5 mg से कम पाया जाता है; मानव स्तन के दूध में 4 ppm होता है।[49] यट्रियम खाद्य पौधों में 20 ppm और 100 ppm (ताजा वजन) के बीच सांद्रता में पाया जा सकता है, जिसमें गोभी में सबसे अधिक मात्रा होती है।[49] 700 ppm तक के साथ, लकड़ी के पौधों के बीजों में सबसे अधिक ज्ञात सांद्रता होती है।[49]

April के अनुसार, जापान के छोटे से द्वीप मिनामी-तोरिशिमा द्वीप, जिसे मार्कस द्वीप के नाम से भी जाना जाता है, से कई सौ किलोमीटर दूर गहरे समुद्र में दुर्लभ-मृदा तत्वों (rare-earth elements) के बहुत बड़े भंडार की खोज की खबरें हैं।[50] Scientific Reports में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, इस स्थान को दुर्लभ-मृदा तत्वों और इट्रियम (REY) के लिए "अत्यधिक क्षमता" वाला बताया गया है।[51] अध्ययन में लिखा है, "यह REY-समृद्ध कीचड़ दुर्लभ-मृदा धातु संसाधन के रूप में बहुत अधिक क्षमता रखता है क्योंकि इसकी उपलब्धता बहुत अधिक है और इसकी खनिज संबंधी विशेषताएं लाभकारी हैं।" अध्ययन से पता चलता है कि 16 मिलियन टन से अधिक दुर्लभ-मृदा तत्वों का "निकट भविष्य में दोहन" किया जा सकता है। इट्रियम (Y) के अलावा, जिसका उपयोग कैमरा लेंस और मोबाइल फोन स्क्रीन जैसे उत्पादों में किया जाता है, पाए गए दुर्लभ-मृदा तत्वों में यूरोपियम (Eu), टर्बियम (Tb) और डिस्प्रोसियम (Dy) शामिल हैं।[52]

उत्पादन

चूंकि इट्रियम रासायनिक रूप से लैंथेनाइड्स के समान है, इसलिए यह उन्हीं अयस्कों (दुर्लभ-मृदा खनिजों) में पाया जाता है और उन्हीं शोधन प्रक्रियाओं द्वारा निकाला जाता है।[53] हल्के (LREE) और भारी दुर्लभ-मृदा तत्वों (HREE) के बीच एक सूक्ष्म अंतर पहचाना जाता है, लेकिन यह अंतर पूर्ण नहीं है। इट्रियम अपने आयन आकार के कारण HREE समूह में केंद्रित होता है, हालांकि इसका परमाणु द्रव्यमान कम होता है।[54][55]

दुर्लभ-मृदा तत्व (REEs) मुख्य रूप से चार स्रोतों से आते हैं:[56]

  • कार्बोनेट और फ्लोराइड युक्त अयस्क जैसे LREE बैस्टनेसाइट ((Ce, La, आदि)(CO3)F) में औसतन 0.1%[10][54] इट्रियम होता है, जबकि अन्य 16 REEs के लिए यह 99.9% है।[54] 1960 के दशक से 1990 के दशक तक बैस्टनेसाइट का मुख्य स्रोत कैलिफोर्निया में माउंटेन पास दुर्लभ-मृदा खदान थी, जिससे उस अवधि के दौरान संयुक्त राज्य अमेरिका REEs का सबसे बड़ा उत्पादक बन गया।[54][56] "बैस्टनेसाइट" नाम वास्तव में एक समूह का नाम है, और लेविंसन प्रत्यय का उपयोग सही खनिज नामों में किया जाता है, उदाहरण के लिए, बैस्टनेसाइट-(Y) में Y एक प्रमुख तत्व है।[57][58][59]
  • मोनाज़ाइट ((Ce, La, आदि)PO4), जो मुख्य रूप से फॉस्फेट है, कटाव वाले ग्रेनाइट के परिवहन और गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण द्वारा बनाई गई रेत का एक प्लेसर जमाव है। LREE अयस्क के रूप में मोनाज़ाइट में 2%[54] (या 3%)[60] इट्रियम होता है। 20वीं सदी की शुरुआत में भारत और ब्राजील में सबसे बड़े भंडार पाए गए थे, जिससे वे दोनों देश उस सदी के पूर्वार्ध में इट्रियम के सबसे बड़े उत्पादक बन गए।[54][56] मोनाज़ाइट समूह में, Ce-प्रमुख सदस्य, मोनाज़ाइट-(Ce), सबसे आम है।[61]
  • ज़ेनोटाइम, एक REE फॉस्फेट, मुख्य HREE अयस्क है जिसमें इट्रियम फॉस्फेट (YPO4) के रूप में 60% तक इट्रियम होता है।[54] यह ज़ेनोटाइम-(Y) पर लागू होता है।[59][62][58] सबसे बड़ी खदान चीन में बयान ओबो जमाव है, जिससे 1990 के दशक में माउंटेन पास खदान के बंद होने के बाद से चीन HREE के लिए सबसे बड़ा निर्यातक बन गया है।[54][56]
  • आयन अवशोषण मिट्टी या लॉन्गनान मिट्टी ग्रेनाइट के अपक्षय उत्पाद हैं और इनमें केवल 1% REEs होते हैं।[54] अंतिम अयस्क सांद्रण में 8% तक इट्रियम हो सकता है। आयन अवशोषण मिट्टी ज्यादातर दक्षिणी चीन में पाई जाती है।[54][56][63] इट्रियम समार्स्काइट और फर्ग्यूसोनाइट (जो समूह नामों के लिए भी खड़े हैं) में भी पाया जाता है।[47]

मिश्रित ऑक्साइड अयस्कों से शुद्ध इट्रियम प्राप्त करने की एक विधि ऑक्साइड को सल्फ्यूरिक एसिड में घोलना और आयन विनिमय क्रोमैटोग्राफी द्वारा इसे अलग करना है।[64] ऑक्सालिक एसिड के योग के साथ, इट्रियम ऑक्सालेट अवक्षेपित हो जाता है। ऑक्सालेट को ऑक्सीजन के तहत गर्म करके ऑक्साइड में बदल दिया जाता है। परिणामी इट्रियम ऑक्साइड को हाइड्रोजन फ्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया कराकर, इट्रियम फ्लोराइड प्राप्त किया जाता है।[65] जब चतुर्धातुक अमोनियम लवणों (quaternary ammonium salts) का उपयोग निष्कर्षण के रूप में किया जाता है, तो अधिकांश इट्रियम जलीय चरण में रहता है। जब काउंटर-आयन नाइट्रेट होता है, तो हल्के लैंथेनाइड्स हटा दिए जाते हैं, और जब काउंटर-आयन थियोसाइनेट होता है, तो भारी लैंथेनाइड्स हटा दिए जाते हैं। इस तरह, 99.999% शुद्धता के इट्रियम लवण प्राप्त किए जाते हैं। सामान्य स्थिति में, जहां इट्रियम एक ऐसे मिश्रण में होता है जो दो-तिहाई भारी-लैंथेनाइड है, शेष तत्वों के पृथक्करण को सुविधाजनक बनाने के लिए इट्रियम को जल्द से जल्द हटा दिया जाना चाहिए।

2001 तक इट्रियम ऑक्साइड का वार्षिक विश्व उत्पादन 600 टन तक पहुंच गया था; 2014 तक यह बढ़कर 7,000 टन हो गया।[47][66] 2014 में इट्रियम ऑक्साइड के वैश्विक भंडार का अनुमान 500,000 टन से अधिक था। इन भंडारों के लिए अग्रणी देशों में ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, चीन, भारत और संयुक्त राज्य अमेरिका शामिल थे।[66] हर साल केवल कुछ टन इट्रियम धातु का उत्पादन इट्रियम फ्लोराइड को कैल्शियम मैग्नीशियम मिश्र धातु के साथ मेटल स्पंज में अपचयित करके किया जाता है। आर्क भट्टी का तापमान, 1,600 °C से अधिक, इट्रियम को पिघलाने के लिए पर्याप्त है।[47][65]

अनुप्रयोग

फॉस्फर

रंगीन टेलीविजन कैथोड रे ट्यूब का लाल घटक आमतौर पर यूरोपियम (III) धनायन (Eu3+) फॉस्फर के साथ डोप्ड यट्रिया (Y2O3) या इट्रियम ऑक्साइड सल्फाइड (Y2O2S) होस्ट लैटिस से उत्सर्जित होता है।[10][2][note 8] लाल रंग स्वयं यूरोपियम से उत्सर्जित होता है जबकि इट्रियम इलेक्ट्रॉन गन से ऊर्जा एकत्र करता है और इसे फॉस्फर तक पहुंचाता है।[67] इट्रियम यौगिक विभिन्न लैंथेनाइड धनायनों के साथ डोपिंग के लिए होस्ट लैटिस के रूप में काम कर सकते हैं। Tb3+ का उपयोग हरे ल्यूमिनेसेंस का उत्पादन करने के लिए डोपिंग एजेंट के रूप में किया जा सकता है। इस प्रकार इट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट (YAG) जैसे इट्रियम यौगिक फॉस्फर के लिए उपयोगी हैं और सफेद एलईडी का एक महत्वपूर्ण घटक हैं।[68]

गार्नेट

इट्रियम का उपयोग विभिन्न प्रकार के सिंथेटिक गार्नेट के उत्पादन में किया जाता है,[69] और यट्रिया का उपयोग इट्रियम आयरन गार्नेट (Y3Fe5O12, "YIG") बनाने के लिए किया जाता है, जो बहुत प्रभावी माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर हैं।[10] इट्रियम, आयरन, एल्युमीनियम और गैडोलीनियम गार्नेट (जैसे Y3(Fe,Al)5O12 और Y3(Fe,Gd)5O12) के महत्वपूर्ण चुंबकीय गुण होते हैं।[10][70] YIG ध्वनिक ऊर्जा ट्रांसमीटर और ट्रांसड्यूसर के रूप में भी बहुत कुशल है।[71] इट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट (Y3Al5O12 या YAG) की कठोरता 8.5 है और इसका उपयोग आभूषणों में रत्न (सिम्युलेटेड हीरा) के रूप में भी किया जाता है।[10] सीरियम-डोप्ड इट्रियम एल्युमीनियम गार्नेट (YAG:Ce) क्रिस्टल का उपयोग सफेद एलईडी बनाने के लिए फॉस्फर के रूप में किया जाता है।[72][73][74]

YAG, यट्रिया, इट्रियम लिथियम फ्लोराइड (LiYF4), और इट्रियम ऑर्थोवनाडेट (YVO4) का उपयोग निकट-इन्फ्रारेड लेजर में नियोडिमियम, अर्बियम, येटरबियम जैसे डोपेंट्स के साथ संयोजन में किया जाता है।[75][76] YAG लेजर उच्च शक्ति पर काम कर सकते हैं और इनका उपयोग धातु को ड्रिल करने और काटने के लिए किया जाता है।[60] डोप्ड YAG के एकल क्रिस्टल सामान्यतः चोक्रालस्की प्रक्रिया द्वारा उत्पादित किए जाते हैं।[77]

सामग्री बढ़ाने वाला

क्रोमियम, मोलिब्डेनम, टाइटेनियम और ज़िरकोनियम के कण आकार को कम करने के लिए इट्रियम की थोड़ी मात्रा (0.1 से 0.2%) का उपयोग किया गया है।[78] इट्रियम का उपयोग एल्युमीनियम और मैग्नीशियम मिश्र धातुओं की शक्ति बढ़ाने के लिए किया जाता है।[10] मिश्र धातुओं में इट्रियम का योग आम तौर पर कार्यक्षमता में सुधार करता है, उच्च-तापमान पुन: क्रिस्टलीकरण के लिए प्रतिरोध जोड़ता है, और उच्च-तापमान ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोध को काफी बढ़ाता है (नीचे ग्रेफाइट नोड्यूल चर्चा देखें)।[67]

इट्रियम का उपयोग वैनेडियम और अन्य अलौह धातुओं को डीऑक्सीडाइज़ करने के लिए किया जा सकता है।[10] यट्रिया आभूषणों में क्यूबिक ज़िरकोनिया के क्यूबिक रूप को स्थिर करता है।[79]

इट्रियम का अध्ययन डक्टाइल कास्ट आयरन में एक नोड्यूलाइज़र के रूप में किया गया है, जो तन्यता और थकान प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए ग्रेफाइट को फ्लेक्स के बजाय कॉम्पैक्ट नोड्यूल में बनाता है।[10] उच्च गलनांक होने के कारण, इट्रियम ऑक्साइड का उपयोग कुछ सिरेमिक और कांच में झटका प्रतिरोध और कम थर्मल विस्तार गुण प्रदान करने के लिए किया जाता है।[10] वही गुण ऐसे कांच को कैमरा लेंस में उपयोगी बनाते हैं।[47]

चिकित्सा

रेडियोआइसोटोप इट्रियम-90 (90Y) का उपयोग विभिन्न कैंसरों के उपचार के लिए एडोट्रियोटाइड और इब्रिटुमोमैब टियुक्सेटन जैसी दवाओं को लेबल करने के लिए किया जाता है, जिसमें लिम्फोमा, ल्यूकेमिया, यकृत, डिम्बग्रंथि, कोलोरेक्टल, अग्नाशय और हड्डी के कैंसर शामिल हैं।[49] यह मोनोक्लोनल एंटीबॉडी से चिपक कर काम करता है, जो बदले में कैंसर कोशिकाओं से जुड़ते हैं और 90Y से तीव्र β-विकिरण के माध्यम से उन्हें मार देते हैं (देखें मोनोक्लोनल एंटीबॉडी थेरेपी)।[80]

रेडियोएम्बोलिज़ेशन नामक एक तकनीक का उपयोग हेपेटोसेलुलर कार्सिनोमा और यकृत मेटास्टेसिस के इलाज के लिए किया जाता है।[81] रेडियोएम्बोलिज़ेशन एक कम विषाक्तता, लक्षित यकृत कैंसर चिकित्सा है जो 90Y युक्त कांच या राल से बने लाखों छोटे मोतियों का उपयोग करती है। रेडियोधर्मी माइक्रोस्फीयर सीधे विशिष्ट यकृत ट्यूमर/खंडों या लोब को खिलाने वाली रक्त वाहिकाओं तक पहुंचाए जाते हैं। यह न्यूनतम आक्रामक है और रोगियों को आमतौर पर कुछ घंटों के बाद छुट्टी दी जा सकती है। यह प्रक्रिया पूरे यकृत में सभी ट्यूमर को खत्म नहीं कर सकती है, लेकिन एक समय में एक खंड या एक लोब पर काम करती है और इसके लिए कई प्रक्रियाओं की आवश्यकता हो सकती है।[82]

संयुक्त सिरोसिस और हेपेटोसेलुलर कार्सिनोमा के मामले में रेडियोएम्बोलिज़ेशन भी देखें।

90Y से बनी सुइयां, जो स्कैल्पल की तुलना में अधिक सटीक रूप से काट सकती हैं, का उपयोग रीढ़ की हड्डी में दर्द-संचारण करने वाली नसों को काटने के लिए किया गया है,[30] और 90Y का उपयोग रुमेटीइड गठिया जैसी स्थितियों वाले लोगों में सूजन वाले जोड़ों, विशेष रूप से घुटनों के उपचार में रेडोन्यूक्लाइड साइनोवेक्टॉमी करने के लिए भी किया जाता है।[83]

एक नियोडिमियम-डोप्ड इट्रियम-एल्युमीनियम-गार्नेट लेजर का उपयोग कुत्तों में प्रयोगात्मक, रोबोट-सहायता प्राप्त रेडिकल प्रोस्टेटेक्टॉमी में किया गया है ताकि संपार्श्विक तंत्रिका और ऊतक क्षति को कम किया जा सके,[84] और अर्बियम-डोप्ड लेजर कॉस्मेटिक त्वचा पुनरुत्थान के लिए उपयोग में आ रहे हैं।[2]

सुपरकंडक्टर

मुख्य लेख: high-temperature superconductor

इट्रियम इट्रियम बेरियम कॉपर ऑक्साइड (YBa2Cu3O7, जिसे 'YBCO' या '1-2-3' भी कहा जाता है) सुपरकंडक्टर में एक प्रमुख घटक है, जिसे 1987 में हंट्सविले में अलबामा विश्वविद्यालय और ह्यूस्टन विश्वविद्यालय में विकसित किया गया था।[45] यह सुपरकंडक्टर उल्लेखनीय है क्योंकि ऑपरेटिंग सुपरकंडक्टिविटी तापमान तरल नाइट्रोजन के क्वथनांक (77.1 K) से ऊपर है।[45] चूंकि तरल नाइट्रोजन धात्विक सुपरकंडक्टरों के लिए आवश्यक तरल हीलियम की तुलना में कम खर्चीला है, इसलिए अनुप्रयोगों के लिए परिचालन लागत कम होगी।[85]

वास्तविक सुपरकंडक्टिंग सामग्री को अक्सर YBa2Cu3O_{7–d} के रूप में लिखा जाता है, जहां सुपरकंडक्टिविटी के लिए d 0.7 से कम होना चाहिए। इसका कारण अभी भी स्पष्ट नहीं है, लेकिन यह ज्ञात है कि रिक्तियां क्रिस्टल में केवल कुछ स्थानों पर होती हैं, कॉपर ऑक्साइड विमानों और श्रृंखलाओं में, जो कॉपर परमाणुओं की एक अजीब ऑक्सीकरण स्थिति को जन्म देती हैं, जो किसी तरह सुपरकंडक्टिंग व्यवहार की ओर ले जाती है।[86]

अन्य अनुप्रयोग

2009 में, प्रोफेसर मास सुब्रमण्यन और ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी के सहयोगियों ने पाया कि इट्रियम को इंडियम और मैंगनीज के साथ मिलाकर एक तीव्र नीला, गैर-विषाक्त, अक्रिय, फीका-प्रतिरोधी वर्णक, YInMn नीला बनाया जा सकता है, जो 200 वर्षों में खोजा गया पहला नया नीला वर्णक है।[87]

यट्रिया का उपयोग छिद्रपूर्ण सिलिकॉन नाइट्राइड के उत्पादन में सिंटरिंग एडिटिव के रूप में किया जाता है।[88]

इट्रियम यौगिकों का उपयोग एथिलीन पॉलीमराइजेशन के लिए उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।[10] एक धातु के रूप में, इट्रियम का उपयोग कुछ उच्च-प्रदर्शन स्पार्क प्लग के इलेक्ट्रोड पर किया जाता है।[89] इट्रियम का उपयोग प्रोपेन लालटेन के लिए गैस मैंटल में थोरियम के प्रतिस्थापन के रूप में किया जाता है, जो रेडियोधर्मी है।[90]

सावधानियां

इट्रियम मनुष्यों, जानवरों और पौधों के लिए अत्यधिक विषाक्त हो सकता है।[3] इट्रियम के पानी में घुलनशील यौगिकों को हल्का विषाक्त माना जाता है, जबकि इसके अघुलनशील यौगिक गैर-विषाक्त होते हैं।[49] जानवरों पर प्रयोगों में, इट्रियम और इसके यौगिकों ने फेफड़े और यकृत को नुकसान पहुंचाया, हालांकि विषाक्तता विभिन्न इट्रियम यौगिकों के साथ भिन्न होती है। चूहों में, इट्रियम साइट्रेट के साँस लेने से फुफ्फुसीय एडिमा और डिस्पनिया हुआ, जबकि इट्रियम क्लोराइड के साँस लेने से यकृत एडिमा, फुफ्फुस बहाव, और फुफ्फुसीय हाइपरमिया हुआ।[3]

मनुष्यों में इट्रियम यौगिकों के संपर्क में आने से फेफड़ों की बीमारी हो सकती है।[3] हवा में उड़ने वाली इट्रियम यूरोपियम वनाडेट धूल के संपर्क में आने वाले श्रमिकों को हल्की आंखों, त्वचा और ऊपरी श्वसन पथ में जलन का अनुभव हुआ—हालांकि यह इट्रियम के बजाय वैनेडियम सामग्री के कारण हो सकता है।[3] इट्रियम यौगिकों के तीव्र संपर्क से सांस लेने में तकलीफ, खांसी, सीने में दर्द और साइनोसिस हो सकता है।[3] व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य प्रशासन (OSHA) कार्यस्थल में इट्रियम के संपर्क को 8 घंटे के कार्यदिवस में 1 mg/m3 तक सीमित करता है। व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य के लिए राष्ट्रीय संस्थान (NIOSH) की अनुशंसित जोखिम सीमा (REL) 8 घंटे के कार्यदिवस में 1 mg/m3 है। 500 mg/m3 के स्तर पर, इट्रियम जीवन और स्वास्थ्य के लिए तत्काल खतरनाक है।[91] इट्रियम धूल अत्यधिक ज्वलनशील है।[3]

नोट्स

  1. ↑ अनिवार्य रूप से, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन बन जाता है जबकि एक इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित होते हैं।
  2. ↑ देखें: जादुई संख्या
  3. ↑ मेटास्टेबल आइसोमर्स में संबंधित गैर-उत्तेजित नाभिक की तुलना में सामान्य से अधिक ऊर्जा अवस्थाएं होती हैं और ये अवस्थाएं तब तक रहती हैं जब तक कि आइसोमर से गामा किरण या रूपांतरण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित नहीं हो जाता। उन्हें आइसोमर की द्रव्यमान संख्या के बगल में 'm' रखकर नामित किया जाता है।
  4. ↑ यटरबाइट का नाम उस गांव के नाम पर रखा गया था जिसके पास इसे खोजा गया था, साथ ही खनिज होने का संकेत देने के लिए -ite अंत जोड़ा गया था।
  5. ↑ Stwertka 1998, p. 115 का कहना है कि पहचान 1789 में हुई थी लेकिन इस पर चुप है कि घोषणा कब की गई थी। Van der Krogt 2005 मूल प्रकाशन का हवाला देता है, जिसमें वर्ष 1794, गैडोलिन द्वारा है।
  6. ↑ पृथ्वी को -a अंत दिया गया था और नए तत्वों को सामान्यतः -ium अंत दिया जाता है।
  7. ↑ YBCO के लिए Tc 93 K है और नाइट्रोजन का क्वथनांक 77 K है।
  8. ↑ Emsley 2001, p. 497 का कहना है कि "यूरोपियम (III) के साथ डोप्ड इट्रियम ऑक्सीसल्फाइड का उपयोग रंगीन टेलीविजन में मानक लाल घटक के रूप में किया जाता था", और जैक्सन और क्रिस्टियनसेन (1993) का कहना है कि एक टीवी स्क्रीन बनाने के लिए 5-10 ग्राम इट्रियम ऑक्साइड और 0.5-1 ग्राम यूरोपियम ऑक्साइड की आवश्यकता होती थी, जैसा कि गुप्ता और कृष्णमूर्ति में उद्धृत है।

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ग्रंथसूची

अतिरिक्त पठन

बाह्य कड़ियाँ

Yttrium spoken.ogg

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Yttrium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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