Ітрій (Y) — хімічний елемент з атомним номером 39, сріблясто-білий метал, який належить до групи рідкісноземельних елементів. Він має тісний хімічний зв’язок із лантаноїдами та зазвичай розглядається разом із ними, хоча формально розташований у d-блоці періодичної системи. Ітрій не утворює великих самородних покладів, а трапляється переважно у складі мінералів разом із важкими лантаноїдами. Особливе значення він має у виробництві люмінофорів, лазерних матеріалів, високотемпературної кераміки, надпровідників, спеціальних сплавів і деяких видів оптичних матеріалів.

Загальна характеристика

• Хімічний символ: Y
• Атомний номер: 39
• Відносна атомна маса: 88,90584
• Група: 3
• Період: 5
• Блок: d-блок
• Тип елемента: перехідний метал
• Найхарактерніший ступінь окиснення: +3
• Електронна конфігурація: [Kr] 4d¹ 5s²
• Природний стабільний ізотоп: ⁸⁹Y
• Температура плавлення: приблизно 1526 °C
• Температура кипіння: приблизно 3338 °C
• Густина: близько 4,47 г/см³ за кімнатної температури
• Зовнішній вигляд: сріблясто-білий метал

Ітрій є типовим тривалентним елементом. У переважній більшості його сполук атом перебуває у ступені окиснення +3, а йон Y³⁺ за багатьма властивостями надзвичайно подібний до йонів важких лантаноїдів.

Відкриття та походження назви

Історія ітрію пов’язана з невеликим шведським поселенням Іттербю на острові Ресаре поблизу Стокгольма. Саме там у XVIII столітті було знайдено незвичайний чорний мінерал, який згодом став джерелом одразу кількох нових елементів.

У 1787 році шведський офіцер і хімік-аматор Карл Аксель Арреніус виявив у кар’єрі поблизу Іттербю мінерал, який спочатку називали ітербітом. Через кілька років фінський хімік Йоган Гадолін дослідив цей мінерал і виявив у ньому нову «землю» — оксид, який отримав назву ітрієвої землі.

У 1794 році Гадолін повідомив про відкриття нового оксиду. Значно пізніше було встановлено, що мінерал містив не один, а цілу групу раніше невідомих елементів.

Назва ітрій походить від Іттербю. Це саме село дало назви одразу чотирьом елементам:

• ітрію;
• ітербію;
• тербію;
• ербію.

Це унікальний випадок у хімії: жодне інше географічне місце не стало джерелом назв такої кількості хімічних елементів.

Металічний ітрій був отриманий значно пізніше, ніж його оксид. У 1828 році німецький хімік Фрідріх Велер отримав відносно нечистий металевий ітрій відновленням його хлориду калієм. Пізніше методи отримання та очищення були вдосконалені.

Місце в періодичній системі

Ітрій розташований у 3-й групі періодичної таблиці, у 5-му періоді.

Його положення:

$$Z=39.$$

За електронною будовою:

$$Y=[Kr]4d^{1}5s^2\mathrm{.}$$

Ітрій є першим елементом після криптону, в якого починається заповнення 4d-підрівня.

У періодичній таблиці він знаходиться під скандієм і над лютецієм/лантаном у різних варіантах представлення групи 3. Незважаючи на формальне належання до перехідних металів, за хімічною поведінкою ітрій дуже близький до лантаноїдів.

Особливо сильна схожість спостерігається з важкими лантаноїдами, такими як диспрозій, ербій, ітербій та лютецій.

Чому ітрій відносять до рідкісноземельних елементів

Термін «рідкісноземельні елементи» охоплює:

• скандій;
• ітрій;
• лантаноїди.

Таким чином, ітрій не є лантаноїдом у вузькому електронному сенсі, але традиційно входить до тієї самої геохімічної та промислової групи.

Причина — надзвичайна подібність Y³⁺ до Ln³⁺.

Іонний радіус Y³⁺ близький до радіусів деяких важких лантаноїдів. Тому в природних мінералах ітрій може заміщувати їх, а вони, своєю чергою, можуть заміщувати ітрій.

Ця подібність надзвичайно важлива для геохімії та технології видобування.

Фізичні властивості

Чистий ітрій — сріблясто-білий метал із металевим блиском.

Він відносно легкий для металу з атомною масою близько 89. Густина ітрію становить приблизно 4,47 г/см³, тобто він значно легший за більшість важких перехідних металів.

Ітрій має досить високу температуру плавлення — приблизно 1526 °C. Температура кипіння становить близько 3338 °C.

За механічними властивостями ітрій є відносно м’яким і пластичним у чистому стані, хоча конкретні характеристики залежать від чистоти та мікроструктури.

Як і багато інших активних металів, ітрій не зберігає необмежено довго блискучу поверхню на повітрі: він поступово реагує з киснем та іншими компонентами атмосфери.

Кристалічна структура

За нормальних умов ітрій має гексагональну щільноупаковану кристалічну структуру.

У кристалічній решітці атоми розташовуються таким чином, щоб забезпечити ефективне пакування.

При нагріванні структура може зазнавати фазових перетворень. Точні параметри фазових переходів залежать від чистоти металу та умов експерименту.

Кристалічна будова важлива для його:

• механічних властивостей;
• теплового розширення;
• електричного опору;
• взаємодії з домішками;
• поведінки у сплавах.

Електронна будова

Нейтральний атом ітрію має 39 електронів.

Його скорочена електронна конфігурація:

$$[Kr]4d^{1}5s^2\mathrm{.}$$

При утворенні Y³⁺ три валентні електрони видаляються:

$$Y\to Y^{3+}+3e^{-}\mathrm{.}$$

Утворений йон має конфігурацію:

$$Y^{3+}=[Kr]\mathrm{.}$$

Тому Y³⁺ не має неспарених електронів у d-оболонці та є діамагнітним.

Це одна з причин, чому хімія ітрію за багатьма параметрами нагадує хімію тривалентних лантаноїдів.

Ступені окиснення

Найстабільніший і практично найважливіший ступінь окиснення ітрію:

$$+3.$$

Сполуки Y(III) становлять переважну більшість його хімії.

На відміну від деяких перехідних металів, ітрій не демонструє широкого набору стабільних ступенів окиснення.

У звичайних умовах практично вся неорганічна хімія ітрію може бути описана через:

$$Y^{3+}\mathrm{.}$$

Цей катіон має високу спорідненість до кисневмісних лігандів.

Хімічна активність

Ітрій є достатньо реакційноздатним металом.

На повітрі він поступово окиснюється, утворюючи поверхневий шар оксидів.

Спрощене рівняння:

$$4Y+3O_2\to 2Y_2{O}_3\mathrm{.}$$

За підвищених температур реакція відбувається значно швидше.

Ітрій також може реагувати з азотом, галогенами, воднем та іншими неметалами.

Взаємодія з водою

За звичайних умов реакція ітрію з холодною водою відбувається повільно через утворення поверхневого шару продуктів реакції.

У гарячій воді або за інших сприятливих умов процес прискорюється.

Загальну реакцію можна подати як:

$$2Y+6H_{2}O\to 2Y(OH{)}_3+3H_2\mathrm{.}$$

Утворюється гідроксид ітрію та виділяється водень.

Взаємодія з кислотами

Ітрій реагує з мінеральними кислотами, утворюючи солі Y(III).

Наприклад:

$$2Y+6HCl\to 2YC{l}_3+3H_2\mathrm{.}$$

Продуктом є хлорид ітрію.

Такі реакції використовують у лабораторній хімії для переведення металу або його оксидів у розчинну форму.

Оксид ітрію

Найважливішою сполукою ітрію є оксид ітрію(III):

$$Y_2{O}_3\mathrm{.}$$

Це біла або майже біла тверда речовина з високою термічною стабільністю.

Y₂O₃ має широке практичне застосування.

Він використовується для виробництва:

• лазерних матеріалів;
• люмінофорів;
• високотемпературної кераміки;
• електронних матеріалів;
• оптичних компонентів;
• стабілізованого діоксиду цирконію.

Одне з найважливіших застосувань — виробництво ітрієво-стабілізованої цирконієвої кераміки.

Гідроксид ітрію

Гідроксид ітрію:

$$Y(OH{)}_3$$

— малорозчинна сполука білого кольору.

Його можна отримати осадженням із розчину солі ітрію додаванням основи:

$$Y^{3+}+3O{H}^{-}\to Y(OH{)}_3\downarrow \mathrm{.}$$

Гідроксид може бути проміжним продуктом у технології очищення ітрію.

При нагріванні він втрачає воду:

$$2Y(OH{)}_3\to Y_2{O}_3+3H_{2}O\mathrm{.}$$

Галогеніди

Ітрій утворює тригалогеніди:

• YF₃;
• YCl₃;
• YBr₃;
• YI₃.

Наприклад:

$$2Y+3C{l}_2\to 2YC{l}_3\mathrm{.}$$

Хлорид ітрію є важливою вихідною речовиною для синтезу інших сполук та металевого ітрію.

Фторид YF₃ має низьку розчинність у воді та може використовуватися для хімічного розділення ітрію.

Взаємодія з воднем

Ітрій утворює гідриди.

Найважливішим є гідрид ітрію, який залежно від умов може мати різний склад і структуру.

Утворення гідридів супроводжується проникненням водню в металеву кристалічну решітку.

Це робить ітрій цікавим матеріалом для досліджень:

• зберігання водню;
• металогідридів;
• водневої дифузії;
• надпровідності за екстремальних умов.

Нітрид ітрію

Ітрій утворює нітрид:

$$YN\mathrm{.}$$

Нітрид ітрію є твердим матеріалом із цікавою електронною та кристалічною структурою.

Нітриди рідкісноземельних елементів досліджуються для застосувань у:

• електроніці;
• оптиці;
• твердих покриттях;
• високотемпературних матеріалах;
• магнітних та електронних пристроях.

Карбіди і бориди

Ітрій утворює карбіди та бориди.

Такі сполуки мають високу термічну стабільність і можуть бути дуже твердими.

Ітрійвмісні бориди особливо цікаві через їхні електронні та надпровідні властивості.

Деякі матеріали системи Y–B–C стали об’єктами інтенсивних досліджень після відкриття високотемпературної надпровідності в купратах.

Йонний радіус ітрій(III)

Однією з найважливіших властивостей Y³⁺ є його близькість за розміром до деяких важких лантаноїдів.

Це пояснює здатність ітрію входити до складу мінералів, які зазвичай сприймаються як джерела лантаноїдів.

У геохімічних системах Y часто поводиться подібно до важких рідкісноземельних елементів.

Зокрема, він може концентруватися в тих самих мінеральних фазах, що й диспрозій, ербій, ітербій та інші важкі лантаноїди.

Координаційна хімія

Y³⁺ є типовим «твердим» катіоном із високою спорідненістю до атомів кисню.

Він утворює комплекси з:

• водою;
• гідроксид-іонами;
• карбоксилатами;
• фосфатами;
• фосфонатами;
• нітратами;
• хелатуючими органічними лігандами.

Координаційні числа можуть бути різними, причому висока координація особливо характерна для великих катіонів рідкісноземельного типу.

Саме ця хімія має велике значення для очищення та розділення ітрію.

Відмінність ітрію від лантану

Ітрій і лантан мають однаковий найхарактерніший ступінь окиснення +3, але їхня геохімічна поведінка не є повністю однаковою.

Лантан має більший іонний радіус, тому він належить до легких лантаноїдів за характером хімічної поведінки.

Ітрій за розміром Y³⁺ набагато ближчий до важчих лантаноїдів.

Через це в рудних системах ітрій часто пов’язаний саме з важкою рідкісноземельною групою.

Відмінність від скандію

Скандій розташований безпосередньо над ітрієм у 3-й групі.

Обидва елементи мають типовий ступінь окиснення +3.

Проте Sc³⁺ значно менший за Y³⁺.

Тому скандій має вищу густину заряду, сильніше поляризує ліганди та демонструє відмінну координаційну хімію.

Ітрій за своїми властивостями набагато ближчий до лантаноїдів, ніж скандій.

Природний ізотоп

Природний ітрій практично повністю представлений одним стабільним ізотопом:

$${}^{89}Y\mathrm{.}$$

Він є моноізотопним елементом у природі.

На відміну від багатьох елементів, які мають кілька стабільних ізотопів, природний ітрій має фактично один стабільний нуклід.

Це важлива особливість для ядерної фізики та спектроскопії.

Радіоактивні ізотопи

Відомо багато радіоактивних ізотопів ітрію.

Серед них особливе практичне значення мають:

• ⁹⁰Y;
• ⁸⁸Y;
• ⁸⁶Y.

⁹⁰Y є β⁻-випромінювачем і використовується в ядерній медицині.

Він утворюється під час радіоактивного розпаду стронцію-90:

$${}^{90}Sr{\to }^{90}Y+{\beta }^{-}+{\bar{\nu }}_e\mathrm{.}$$

Оскільки ⁹⁰Y має коротший період напіврозпаду, ніж ⁹⁰Sr, система Sr-90/Y-90 може використовуватися як джерело радіонукліда для медичних та наукових цілей.

Ітрій-90 у медицині

Ітрій-90 має важливе значення в радіонуклідній терапії.

Він випромінює бета-частинки та практично не випромінює значного гамма-випромінювання, що робить його придатним для локального опромінення патологічних тканин.

Його використовують, зокрема, у деяких видах:

• радіоемболізації пухлин печінки;
• радіонуклідної терапії;
• терапевтичних радіофармацевтичних препаратів.

У таких методах радіонуклід доставляють безпосередньо до потрібної тканини або пухлинного вогнища.

Медичне використання ⁹⁰Y ґрунтується не на хімічній токсичності самого стабільного ітрію, а на контрольованій дії його іонізуючого випромінювання.

Ітрій у природі

Ітрій не зустрічається у природі як вільний метал.

Він присутній у мінералах, особливо в тих, що містять важкі лантаноїди.

Важливими джерелами можуть бути:

• ксенотим;
• ітрієві різновиди монациту;
• евксеніт;
• фергусоніт;
• гадолініт;
• лопарит;
• деякі глини та іон-адсорбційні руди.

Особливо важливим промисловим джерелом ітрію є ксенотим, фосфатний мінерал, який часто містить значні концентрації важких рідкісноземельних елементів.

Ксенотим

Ксенотим має приблизну формулу:

$$YP{O}_4\mathrm{.}$$

У природному ксенотимі частину Y можуть заміщувати:

• диспрозій;
• ербій;
• ітербій;
• гадоліній;
• інші лантаноїди.

Тому реальна формула природного мінералу складніша.

Ксенотим може бути важливим джерелом ітрію та важких рідкісноземельних елементів.

Його часто виявляють у важких мінеральних пісках разом із монацитом та цирконом.

Гадолініт

Гадолініт — ще один історично важливий мінерал для вивчення рідкісноземельних елементів.

Його назву пов’язують із фінським хіміком Йоганом Гадоліном.

Мінерал може містити ітрій, церій, залізо, берилій, кремній та інші елементи.

Саме дослідження гадолініту та споріднених мінералів відіграли фундаментальну роль у відкритті багатьох рідкісноземельних елементів.

Ітрій у земній корі

Ітрій не належить до найрідкісніших елементів земної кори.

Однак його промислова доступність визначається не середньою концентрацією, а геологічним розподілом і можливістю економічного вилучення.

Найбільша проблема полягає в тому, що ітрій часто розсіяний у мінералах разом із великою кількістю хімічно дуже подібних елементів.

Тому його отримання вимагає складного процесу:

$$\text{руда}\to \text{концентрат}\to \text{вилуговування}\to \text{розділення}\to Y_2{O}_3\to Y\mathrm{.}$$

Саме стадія розділення є найбільш технологічно складною.

Значення першої порції

Ітрій є незвичайним елементом: формально це перехідний метал 3-ї групи, але практично він тісно пов’язаний із рідкісноземельними елементами. Його унікальні властивості визначаються стабільним станом Y³⁺, високою спорідненістю до кисню, значною термічною стабільністю його сполук та близькістю до важких лантаноїдів.

Особливо важливим є те, що ітрій став основою цілої групи високотехнологічних матеріалів. Найвідоміші з них — YAG-лазери, Y₂O₃, ітрієво-стабілізований діоксид цирконію, високотемпературні купратні надпровідники та радіонуклід ⁹⁰Y для медицини.

Видобування та мінеральна сировина

Промисловий ітрій практично ніколи не видобувають як самостійну руду. Його отримують як компонент комплексної рідкісноземельної сировини, причому особливо важливими джерелами є ксенотим, монацит та деякі іон-адсорбційні глини. За даними USGS, значні ресурси ітрію пов’язані з монацитом і ксенотимом у розсипних родовищах, карбонатитах, уранових рудах та вивітрілих глинах; додаткові ресурси трапляються в апатит-магнетитових породах, ніобій-танталових родовищах, фосфатних відкладах та уранових рудах. UUSGS Publications

Особливістю ітрію є його спорідненість із важкими лантаноїдами. У природних мінералах він часто заміщує їх, а тому родовища, збагачені ітрієм, одночасно можуть бути джерелами диспрозію, ербію, ітербію та інших елементів.

Ксенотим як джерело ітрію

Ксенотим — один із найважливіших мінералів ітрію. Його ідеалізована формула:

$$YP{O}_4\mathrm{.}$$

У природному кристалі замість частини Y можуть перебувати інші тривалентні рідкісноземельні елементи. Тому фактичний склад ксенотиму залежить від геологічного середовища.

Ксенотим може бути надзвичайно багатим на ітрій: Royal Society of Chemistry зазначає, що мінерал може містити до приблизно 50 % ітрієвого фосфату. Серед країн, де він видобувається, джерело називає Китай і Малайзію. 

Ксенотим часто концентрується у важких мінеральних пісках. Він має високу густину, тому природне сортування водою сприяє його накопиченню разом із цирконом, монацитом, ільменітом та іншими важкими мінералами.

Монацит

Монацит — фосфатний мінерал рідкісноземельних елементів, який переважно містить легші лантаноїди, але може містити й ітрій.

Його переробка може давати складну суміш рідкісноземельних елементів. Відокремлення ітрію від інших компонентів потребує багатостадійних хімічних процесів.

Монацит має ще одну важливу особливість: він може містити торій. Через це під час його промислової переробки утворюються матеріали, що потребують радіологічного контролю.

Іон-адсорбційні руди

Особливий тип сировини становлять іон-адсорбційні глини.

У таких родовищах рідкісноземельні елементи не обов’язково містяться у вигляді великих добре сформованих кристалів. Частина йонів утримується поверхнями глинистих мінералів.

Це має велике значення для технології: рідкісноземельні елементи можна вилучати за допомогою відповідних розчинів без традиційного збагачення твердого мінералу.

Такі родовища особливо важливі для важких рідкісноземельних елементів та ітрію.

Географія ресурсів

Ресурси ітрію розподілені між багатьма країнами, але видобування та особливо подальше розділення концентратів географічно значно більш концентровані.

За оцінкою USGS, у 2025 році Китай виробляв більшу частину світового ітрію, тоді як значну частку оціненого світового постачання також забезпечувала М’янма. Водночас достовірні окремі оцінки запасів саме ітрію для багатьох країн відсутні. UUSGS Publications

Це важлива відмінність від звичайних металів: для ітрію геологічна наявність ресурсу не означає автоматично наявності промислового ланцюга його очищення.

Переробка руди

Промисловий процес можна спрощено представити так:

$$\text{руда}\to \text{збагачення}\to \text{концентрат}\to \text{вилуговування}\to \text{розділення}\to Y_2{O}_3\to Y\mathrm{.}$$

На першій стадії з руди видаляють пусту породу та концентрують мінерали, що містять рідкісноземельні елементи.

Після цього концентрат піддають хімічній обробці. Вибір технології залежить від мінерального складу.

Можуть застосовуватися:

• кислотне вилуговування;
• лужне вилуговування;
• термічне розкладання;
• хлорування;
• осадження;
• іонний обмін;
• екстракція органічними розчинниками.

Розділення ітрію

Головна технологічна проблема полягає в тому, що Y³⁺ надзвичайно схожий на Ln³⁺.

Тому проста реакція осадження рідко забезпечує достатню чистоту.

Сучасне розділення використовує відмінності в:

• іонних радіусах;
• коефіцієнтах розподілу;
• комплексоутворенні;
• кислотності;
• спорідненості до екстрагентів;
• сорбційних властивостях.

Одним із найпоширеніших підходів є рідинно-рідинна екстракція.

У цьому процесі водний розчин контактує з органічною фазою, яка містить екстрагент. Різні рідкісноземельні елементи розподіляються між фазами трохи по-різному.

Одна стадія дає невелике розділення, тому промислові установки використовують багато послідовних ступенів.

Отримання оксиду ітрію

Високоочищений ітрій часто випускають не у вигляді металу, а як оксид ітрію Y₂O₃.

Це пояснюється його високою стабільністю та широким застосуванням.

Для багатьох технологій металевий ітрій взагалі не потрібен: виробнику потрібен Y₂O₃ певної чистоти та гранулометричного складу.

Оксид може бути вихідною речовиною для:

• кераміки;
• люмінофорів;
• лазерних кристалів;
• надпровідних матеріалів;
• оптичного скла;
• стабілізованого діоксиду цирконію.

Отримання металевого ітрію

Металічний ітрій отримують відновленням його сполук.

Royal Society of Chemistry вказує на промислове отримання металу відновленням фториду ітрію кальцієм. 

Схематично:

$$2Y{F}_3+3Ca\to 2Y+3Ca{F}_2\mathrm{.}$$

Процес проводять за високої температури.

Отриманий метал потребує очищення від кальцію, кальцій фториду та інших домішок.

Металургійне застосування

Ітрій використовується як легувальна добавка.

Невеликі кількості ітрію можуть змінювати структуру та властивості сплавів. Особливо відоме його застосування в алюмінієвих і магнієвих сплавах.

За даними Royal Society of Chemistry, додавання ітрію може підвищувати міцність алюмінієвих та магнієвих сплавів. 

Для металургії важливі такі ефекти:

• подрібнення зерна;
• модифікація мікроструктури;
• підвищення високотемпературної стабільності;
• поліпшення механічних властивостей;
• вплив на окиснення та корозійну поведінку.

Ітрій у жароміцних матеріалах

Ітрій може підвищувати стійкість матеріалів до окиснення за високих температур.

Ітрійвмісні оксиди та сполуки використовують у складних керамічних системах.

В авіаційній та енергетичній техніці особливий інтерес становлять матеріали, здатні працювати при високих температурах.

Наявність стабільного оксидного шару є важливою для захисту деяких металевих сплавів.

Ітрієво-стабілізований діоксид цирконію

Одним із найважливіших матеріалів на основі ітрію є ітрієво-стабілізований діоксид цирконію, англійською yttria-stabilized zirconia, скорочено YSZ.

Чистий ZrO₂ за різних температур переходить між різними кристалічними модифікаціями. Такі фазові перетворення супроводжуються зміною об’єму, що може спричиняти розтріскування матеріалу.

Додавання Y₂O₃ стабілізує певні кристалічні фази.

Схематично можна уявити процес як введення Y³⁺ у ґратку ZrO₂. Для компенсації заряду виникають кисневі вакансії.

Саме ці вакансії визначають важливу властивість YSZ — високу йонну провідність за підвищених температур.

Застосування YSZ

Ітрієво-стабілізований цирконій застосовується у:

• твердотільних електролітах;
• кисневих датчиках;
• паливних елементах;
• термобар’єрних покриттях;
• технічній кераміці;
• деяких медичних керамічних виробах.

У твердотільних паливних елементах YSZ може виконувати роль електроліту, через який переміщуються O²⁻-іони.

Його перевагами є хімічна стабільність, механічна міцність та здатність проводити кисневі йони при високій температурі.

Термобар’єрні покриття

YSZ широко досліджувався та використовується як матеріал для термобар’єрних покриттів.

Газотурбінні двигуни містять компоненти, що працюють при дуже високих температурах.

Якщо поверхню деталі покрити керамічним шаром із низькою теплопровідністю, можна зменшити температуру металевої основи.

Це дає можливість:

• підвищувати робочу температуру;
• збільшувати ефективність двигуна;
• зменшувати термічне навантаження на метал;
• подовжувати ресурс компонентів.

YAG — ітрієво-алюмінієвий гранат

Один із найвідоміших матеріалів ітрію — ітрієво-алюмінієвий гранат, або YAG.

Його хімічна формула:

$$Y_{3}A{l}_5{O}_{12}\mathrm{.}$$

YAG є синтетичним кристалічним матеріалом із високою хімічною та термічною стабільністю.

Він особливо важливий як матриця для лазерних активних іонів.

Nd:YAG-лазер

Найвідоміший варіант — Nd:YAG, у якому частина Y³⁺ заміщена іонами Nd³⁺.

Неодим є активним лазерним центром, тоді як YAG виконує роль кристалічної матриці.

Це можливе саме завдяки хімічним властивостям ітрію: Y³⁺ не має власної складної внутрішньооболонкової спектроскопії, тому він може бути замінений іншими рідкісноземельними йонами.

Nd:YAG є одним із найважливіших твердотільних лазерних матеріалів.

Royal Society of Chemistry зазначає, що YAG використовується в лазерах, зокрема для різання металів, а введення неодиму створює широко застосовуваний лазерний матеріал. 

Принцип роботи Nd:YAG

Активні йони Nd³⁺ поглинають енергію накачування.

Після переходів між електронними рівнями виникає інверсія населеності, а потім стимульоване випромінювання.

Для Nd:YAG особливо важлива довжина хвилі близько:

$$1064\text{ нм}\mathrm{.}$$

Це інфрачервоне випромінювання.

За допомогою нелінійних кристалів його можна перетворювати на коротші довжини хвиль, наприклад на зелене випромінювання.

Інші лазери на основі YAG

YAG може бути матрицею не лише для неодиму.

Залежно від домішки можна отримувати матеріали з іншими спектральними властивостями.

Зокрема використовуються:

• Nd:YAG;
• Er:YAG;
• Yb:YAG;
• Ho:YAG;
• Tm:YAG.

Кожен активний йон змінює енергетичну структуру матеріалу та, відповідно, характеристики лазера.

Er:YAG

Er:YAG використовує йони ербію.

Він особливо цікавий через випромінювання в інфрачервоній області, де енергія добре поглинається деякими біологічними тканинами та водою.

Тому Er:YAG-лазери застосовуються в медицині й стоматології для контрольованої обробки тканин.

Yb:YAG

Ітербійвмісний YAG — Yb:YAG — є іншим важливим лазерним матеріалом.

Іони Yb³⁺ мають відносно просту енергетичну структуру, що може забезпечувати ефективну лазерну генерацію.

Такі системи становлять інтерес для потужних твердотільних лазерів.

Люмінофори

Ітрій відіграє важливу роль у люмінофорах — матеріалах, які випромінюють світло після поглинання енергії.

Чистий Y³⁺ не дає такого різноманітного спектра, як багато лантаноїдів.

Натомість його кристалічні матриці можуть служити «господарями» для люмінесцентних йонів.

Найвідоміший приклад:

$$Y_2{O}_{2}S:E{u}^{3+}\mathrm{.}$$

Тут Eu³⁺ є активним випромінювальним центром, а ітрієвмісна сполука забезпечує кристалічну матрицю.

Червоні люмінофори

Ітрієві люмінофори, леговані європієм, історично мали величезне значення для кольорового телебачення.

У електронно-променевих трубках червоне світло створювалося люмінофорами на основі ітрієвих сполук з Eu³⁺.

Саме тому ітрій став одним із важливих елементів ранньої кольорової електроніки.

Royal Society of Chemistry зазначає, що ітрієвий оксисульфід із європієм широко використовувався як червоний люмінофор у старих кольорових телевізорах. 

Сучасні світлодіоди

З розвитком світлодіодних технологій ітрій також отримав нове значення.

YAG, легований церієм:

$$Y_{3}A{l}_5{O}_{12}:C{e}^{3+},$$

є важливим жовтим люмінофором.

У типовому білому світлодіоді синій світлодіод випромінює синє світло, яке частково поглинається люмінофором і перетворюється на ширший спектр жовтуватого світла.

Комбінація синього та перетвореного люмінофором випромінювання сприймається як біле.

Royal Society of Chemistry прямо вказує YAG серед матеріалів, що використовуються у білих LED. 

Надпровідник YBCO

Одна з найвідоміших наукових ролей ітрію пов’язана з високотемпературною надпровідністю.

Важливий матеріал має приблизний склад:

$$YB{a}_{2}C{u}_3{O}_{7-x}\mathrm{.}$$

Його називають YBCO — від yttrium barium copper oxide.

Це купратний надпровідник.

Відкриття високотемпературної надпровідності в купратних матеріалах у 1980-х роках стало одним із найбільших проривів фізики конденсованої речовини XX століття.

Властивості YBCO

YBCO може переходити в надпровідний стан за температур, які значно перевищують температуру кипіння рідкого гелію.

Для оптимального складу критична температура становить близько 90 К.

Це приблизно:

$$-{183}^{\circ }C\mathrm{.}$$

Це все ще надзвичайно низька температура в повсякденному сенсі, але її можна підтримувати рідким азотом, температура кипіння якого близько 77 К.

Саме можливість використання рідкого азоту зробила високотемпературні купратні надпровідники особливо привабливими.

Кисень у YBCO

Властивості YBCO надзвичайно чутливі до вмісту кисню.

У формулі:

$$YB{a}_{2}C{u}_3{O}_{7-x}$$

параметр $x$ визначає електронну структуру матеріалу.

Невелика зміна кисневого складу може суттєво змінити електричні властивості.

Саме тому виробництво якісного YBCO є складним: необхідно контролювати:

• співвідношення елементів;
• кисневий вміст;
• кристалічну структуру;
• дефекти;
• орієнтацію зерен.

Потенційні застосування YBCO

Теоретично високотемпературні надпровідники можуть використовуватися у:

• потужних магнітах;
• електричних кабелях;
• двигунах;
• генераторах;
• системах накопичення енергії;
• магнітній левітації;
• медичній техніці;
• наукових установках.

На практиці широке використання обмежене складністю виготовлення довгих, міцних і надійних надпровідних провідників.

YBCO — крихкий керамічний матеріал, тому перетворити його на звичайний гнучкий металевий дріт дуже складно.

Радар і мікрохвильова техніка

Ітрій також використовується у спеціальних матеріалах для радіо- та мікрохвильової техніки.

Royal Society of Chemistry зазначає його застосування у виробництві мікрохвильових фільтрів для радарів. 

Такі компоненти повинні мати контрольовані діелектричні та електромагнітні властивості.

Оптичне скло

Оксид ітрію застосовується у виробництві спеціального скла.

Введення Y₂O₃ може змінювати:

• показник заломлення;
• дисперсію;
• термічну стабільність;
• механічну міцність;
• стійкість до теплового удару.

Тому ітрієвмісне скло використовується у спеціальній оптиці.

Royal Society of Chemistry вказує на використання оксиду ітрію у склі для камерних лінз з метою підвищення стійкості до тепла та удару. 

Каталіз

Ітрій та його сполуки можуть використовуватися як каталізатори або компоненти каталізаторів.

Він здатний впливати на кислотно-основні властивості поверхні та електронну структуру каталізатора.

Одним із прикладів, наведених Royal Society of Chemistry, є використання ітрію як каталізаторної добавки у полімеризації етилену. 

Електрохімічні застосування

Завдяки здатності Y₂O₃ стабілізувати керамічні матеріали та створювати кисневі вакансії ітрій є важливим компонентом електрохімічних матеріалів.

YSZ може проводити O²⁻-іони при високій температурі.

Це робить його корисним у:

• твердотільних паливних елементах;
• кисневих сенсорах;
• електрохімічних реакторах;
• деяких системах перетворення енергії.

Застосування у паливних елементах

У твердотільному паливному елементі електроліт повинен пропускати йони, але блокувати електрони.

YSZ за високих температур забезпечує рух кисневих йонів.

Загальна схема роботи може бути описана так:

$$O_2+4e^{-}\to 2O^{2-}\mathrm{.}$$

Кисневі йони проходять через електроліт до іншого електрода, де беруть участь в окисненні палива.

Таким чином хімічна енергія палива перетворюється на електричну.

Ітрій у ядерній та радіохімії

Стабільний ⁸⁹Y використовується як матеріал для ядерних досліджень і як мішень у деяких реакціях отримання радіонуклідів.

Радіоактивні ізотопи ітрію мають ще важливіше значення.

Найвідоміший — ⁹⁰Y.

Ітрій-90

⁹⁰Y — β⁻-радіонуклід із коротким періодом напіврозпаду — приблизно 64 години.

Він розпадається до стабільного цирконію-90:

$${}^{90}Y{\to }^{90}Zr+{\beta }^{-}+{\bar{\nu }}_e\mathrm{.}$$

Високоенергетичне бета-випромінювання дозволяє використовувати його для терапевтичного опромінення патологічної тканини.

Радіонуклідна терапія

⁹⁰Y застосовується у складі радіофармацевтичних препаратів.

Особливий напрям — радіоемболізація пухлин печінки.

Мікросфери, що містять або несуть ⁹⁰Y, вводять через кровоносні судини таким чином, щоб вони переважно накопичувалися в судинній мережі пухлини.

Бета-випромінювання діє на тканину на відносно невеликій відстані.

Це дозволяє доставляти високу дозу локально.

Біологічна роль

Ітрій не має відомої необхідної біологічної функції в організмі людини.

Це відрізняє його від таких елементів, як залізо, цинк, мідь або йод, які є необхідними мікроелементами.

У природі людина може контактувати з невеликими кількостями ітрію через воду, ґрунт і мінеральний пил, але ітрій не є відомим компонентом нормального метаболізму.

Royal Society of Chemistry зазначає, що відомої біологічної ролі ітрій не має, а його розчинні солі є помірно токсичними. 

Токсикологія

Токсикологічні властивості залежать від хімічної форми.

Металічний ітрій, його оксиди та розчинні солі мають різну біодоступність.

Найбільшу увагу потрібно приділяти розчинним сполукам і дрібнодисперсним матеріалам, які можуть потрапляти в організм із повітрям.

Можливі шляхи надходження:

• вдихання пилу;
• проковтування;
• контакт із розчинами;
• професійний контакт під час виробництва.

Промислова робота з ітрієм та його сполуками потребує контролю пилу, вентиляції, засобів індивідуального захисту та дотримання правил поводження з хімічними речовинами.

Радіаційна безпека

Не слід плутати стабільний ітрій із радіоактивним ⁹⁰Y.

Звичайний природний ітрій практично повністю складається зі стабільного ⁸⁹Y.

⁹⁰Y — штучно одержуваний радіонуклід і має зовсім інший профіль небезпеки.

Його використання в медицині можливе лише в контрольованих умовах, оскільки бета-випромінювання може пошкоджувати живі тканини.

Екологічні проблеми

Екологічний вплив ітрію значною мірою пов’язаний не з самим металом, а з видобуванням та хімічною переробкою рідкісноземельних руд.

Основні проблеми:

• порушення земель;
• утворення хвостів;
• споживання води;
• кислотне або лужне вилуговування;
• утворення хімічних стоків;
• концентрування небажаних елементів;
• можливі радіологічні ризики монацитової сировини.

У випадку іон-адсорбційних руд додаткову увагу приділяють впливу розчинів для вилуговування на ґрунтові та поверхневі води.

Переробка та вторинне вилучення

Вторинна переробка ітрію може зменшити потребу в первинній сировині.

Потенційними джерелами є:

• відпрацьовані люмінофори;
• оптичні матеріали;
• лазерні кристали;
• керамічні відходи;
• електронні компоненти;
• спеціальні сплави.

Однак економічна доцільність переробки залежить від концентрації ітрію.

Якщо матеріал містить лише слідові кількості Y, вилучення може бути дорожчим за первинне виробництво.

Натомість відходи висококонцентрованих матеріалів є перспективнішими.

Критична сировина

Ітрій має стратегічне значення для високотехнологічної промисловості.

У переліку критичних мінералів США 2025 року ітрій прямо зазначений як критичний мінерал. USGS пов’язує його використання, зокрема, з технологіями освітлення та дисплеїв і високоефективними металевими сплавами. 

USGS також оцінює ланцюг постачання ітрію як такий, що має високий ризик. 

Стан ринку у 2025–2026 роках

Ринок ітрію останніми роками зазнає впливу торговельної політики та концентрації переробних потужностей.

За даними USGS Mineral Commodity Summaries 2026, у квітні 2025 року Китай посилив експортний контроль щодо рідкісноземельних елементів, включивши до нього ітрієві метали, оксиди, сплави та сполуки. USGS також повідомляє, що у 2025 році середня ціна Y₂O₃ зросла приблизно на 42 %, а середня ціна металевого ітрію — приблизно на 22 % порівняно з 2024 роком. UUSGS Publications

За тією ж оцінкою USGS, світове шахтне виробництво ітрію в 2025 році становило приблизно 10 000–15 000 тонн у перерахунку на Y₂O₃, а Китай забезпечував більшу частину світової пропозиції. Значну частку, за оцінкою USGS, також давала М’янма. UUSGS Publications

Ці цифри стосуються саме Y₂O₃-еквівалента, а не маси чистого металевого ітрію.

Значення для технологічної незалежності

Значення ітрію визначається не масштабами його фізичного споживання, а тим, що він присутній у низці спеціалізованих матеріалів, які складно замінити без втрати характеристик.

До найбільш значущих напрямів належать:

• лазерна техніка;
• надпровідники;
• кераміка;
• паливні елементи;
• високотемпературні покриття;
• оптика;
• люмінофори;
• електроніка;
• спеціальні сплави;
• радіонуклідна медицина.

Таким чином, ітрій є прикладом малотоннажного, але технологічно важливого матеріалу.

Перспективи

Подальший розвиток технологій ітрію, найімовірніше, буде пов’язаний із чотирма головними напрямами.

Перший — високотемпературна кераміка. Розвиток турбін, енергетики та високотемпературних електрохімічних систем підтримує попит на матеріали на основі Y₂O₃ та YSZ.

Другий — лазерні технології. YAG та його леговані різновиди залишаються важливими матеріалами для промислових, наукових і медичних лазерів.

Третій — надпровідність. YBCO та споріднені купрати продовжують використовуватися в дослідженнях і спеціалізованих надпровідних системах.

Четвертий — диверсифікація постачання та переробка. Через високу концентрацію світового виробництва та перероблення питання вторинного вилучення ітрію та розвитку альтернативних джерел набуває дедалі більшого значення.

У цілому ітрій — один із ключових «невидимих» елементів сучасного матеріалознавства. Його невеликі добавки можуть принципово змінювати властивості великих за масою матеріалів: перетворювати цирконій на йонопровідну кераміку, YAG — на лазерний кристал, оксидні матриці — на люмінофори, а купратні сполуки — на високотемпературні надпровідники. Саме тому економічне та технологічне значення ітрію значно перевищує те, що можна було б очікувати лише за обсягами його споживання.

Дещо інше:

• Лантан (La) – хімічний елемент
• Найтвердіший метал у світі! Що таке вольфрам?
• Найтвердіший метал у світі! Що таке вольфрам?
• Температури кипіння металів при атмосферному тиску
• Титан | Ti
• Залежність опору металів від температури. Температурний коефіцієнт електричного опору металів α