이트륨

이트륨(←영어: Yttrium 이트리엄[*], 문화어: 이트리움←독일어: Yttrium 이트리움[*])은 화학 원소로 기호는 Y(←라틴어: Yttrium 이트리움[*])이고 원자 번호는 39이다. 은색을 띠는 전이 금속으로 란타넘족 원소들과 비슷한 성질을 가졌으며 자연적으로 순수한 형태로 존재하지 않는다. 89Y가 유일한 안정 동위원소로, 이는 지각에서 발견되는 유일한 이트륨의 동위원소이기도 하다. (동위 원소 표, 이트륨 동위원소 참조)

이트륨(39Y)
Yttrium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
개요
영어명Yttrium
표준 원자량 (Ar, standard)88.90584(2)
주기율표 정보
수소 (반응성 비금속)
헬륨 (비활성 기체)
리튬 (알칼리 금속)
베릴륨 (알칼리 토금속)
붕소 (준금속)
탄소 (반응성 비금속)
질소 (반응성 비금속)
산소 (반응성 비금속)
플루오린 (반응성 비금속)
네온 (비활성 기체)
나트륨 (알칼리 금속)
마그네슘 (알칼리 토금속)
알루미늄 (전이후 금속)
규소 (준금속)
인 (반응성 비금속)
황 (반응성 비금속)
염소 (반응성 비금속)
아르곤 (비활성 기체)
칼륨 (알칼리 금속)
칼슘 (알칼리 토금속)
스칸듐 (전이 금속)
타이타늄 (전이 금속)
바나듐 (전이 금속)
크로뮴 (전이 금속)
망가니즈 (전이 금속)
철 (전이 금속)
코발트 (전이 금속)
니켈 (전이 금속)
구리 (전이 금속)
아연 (전이후 금속)
갈륨 (전이후 금속)
저마늄 (준금속)
비소 (준금속)
셀레늄 (반응성 비금속)
브로민 (반응성 비금속)
크립톤 (비활성 기체)
루비듐 (알칼리 금속)
스트론튬 (알칼리 토금속)
이트륨 (전이 금속)
지르코늄 (전이 금속)
나이오븀 (전이 금속)
몰리브데넘 (전이 금속)
테크네튬 (전이 금속)
루테늄 (전이 금속)
로듐 (전이 금속)
팔라듐 (전이 금속)
은 (전이 금속)
카드뮴 (전이후 금속)
인듐 (전이후 금속)
주석 (전이후 금속)
안티모니 (준금속)
텔루륨 (준금속)
아이오딘 (반응성 비금속)
제논 (비활성 기체)
세슘 (알칼리 금속)
바륨 (알칼리 토금속)
란타넘 (란타넘족)
세륨 (란타넘족)
프라세오디뮴 (란타넘족)
네오디뮴 (란타넘족)
프로메튬 (란타넘족)
사마륨 (란타넘족)
유로퓸 (란타넘족)
가돌리늄 (란타넘족)
터븀 (란타넘족)
디스프로슘 (란타넘족)
홀뮴 (란타넘족)
어븀 (란타넘족)
툴륨 (란타넘족)
이터븀 (란타넘족)
루테튬 (란타넘족)
하프늄 (전이 금속)
탄탈럼 (전이 금속)
텅스텐 (전이 금속)
레늄 (전이 금속)
오스뮴 (전이 금속)
이리듐 (전이 금속)
백금 (전이 금속)
금 (전이 금속)
수은 (전이후 금속)
탈륨 (전이후 금속)
납 (전이후 금속)
비스무트 (전이후 금속)
폴로늄 (전이후 금속)
아스타틴 (준금속)
라돈 (비활성 기체)
프랑슘 (알칼리 금속)
라듐 (알칼리 토금속)
악티늄 (악티늄족)
토륨 (악티늄족)
프로트악티늄 (악티늄족)
우라늄 (악티늄족)
넵투늄 (악티늄족)
플루토늄 (악티늄족)
아메리슘 (악티늄족)
퀴륨 (악티늄족)
버클륨 (악티늄족)
캘리포늄 (악티늄족)
아인슈타이늄 (악티늄족)
페르뮴 (악티늄족)
멘델레븀 (악티늄족)
노벨륨 (악티늄족)
로렌슘 (악티늄족)
러더포듐 (전이 금속)
더브늄 (전이 금속)
시보귬 (전이 금속)
보륨 (전이 금속)
하슘 (전이 금속)
마이트너륨 (화학적 특성 불명)
다름슈타튬 (화학적 특성 불명)
뢴트게늄 (화학적 특성 불명)
코페르니슘 (전이후 금속)
니호늄 (화학적 특성 불명)
플레로븀 (화학적 특성 불명)
모스코븀 (화학적 특성 불명)
리버모륨 (화학적 특성 불명)
테네신 (화학적 특성 불명)
오가네손 (화학적 특성 불명)
Sc

Y

La
SrYZr
원자 번호 (Z)39
3족
주기5주기
구역d-구역
화학 계열전이 금속
전자 배열[Kr] 4d1 5s2
준위전자2, 8, 18, 9, 2
이트륨의 전자껍질 (2, 8, 18, 9, 2)
물리적 성질
겉보기은백색
상태 (STP)고체
녹는점1799 K
끓는점3609 K
밀도 (상온 근처)4.472 g/cm3
융해열11.42 kJ/mol
기화열365 kJ/mol
몰열용량26.53 J/(mol·K)
증기 압력
압력 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
온도 (K) 1883 2075 (2320) (2627) (3036) (3607)
원자의 성질
산화 상태3
(약염기성 산화물)
전기 음성도 (폴링 척도)1.22
이온화 에너지
  • 1차: 600 kJ/mol
  • 2차: 1180 kJ/mol
  • 3차: 1980 kJ/mol
원자 반지름180 pm (실험값)
Color lines in a spectral range
스펙트럼 선
그 밖의 성질
결정 구조조밀 육방 격자 (hcp)
Hexagonal close packed.svg
음속 (얇은 막대)3300 m/s (20 °C)
열팽창(실온) (α, poly)
10.6 µm/(m·K)
열전도율17.2 W/(m·K)
전기 저항도(실온) (α, poly) 596 n Ω·m
자기 정렬상자성
영률63.5 GPa
전단 탄성 계수25.6 GPa
부피 탄성 계수41.2 GPa
푸아송 비0.243
브리넬 굳기589 MPa
CAS 번호7440-65-5
동위체 존재비 반감기 DM DE
(MeV)
DP
87Y 합성 3.35d ε - 87Sr
γ 0.48
0.38D
-
88Y 합성 106.6d ε - 88Sr
γ 1.83
0.89
-
89Y 100% 안정
90Y 합성 2.67d β- 2.28 90Zr
γ 2.18 -
91Y 합성 58.5d β- 1.54 91Zr
γ 1.20 -
보기  토론  편집 | 출처

이트륨이 가장 많이 쓰이는 곳은 LED형광체이다. 그 밖에 이트륨은 레이저, 전선, 초전도체 등 많은 분야에서 활용되고 있다.

이트륨은 생물학적 작용을 하지 않는 것으로 생각되지만, 몇몇 이트륨 화합물은 인간들에게 폐 질환을 일으킬 수 있다.

이트륨의 이름은 스웨덴위테르뷔(Ytterby) 마을의 이름에서 유래되었으며 이 이름은 유명한 화학자 아레니우스가 새로운 광물을 발견해 이테르바이트(Ytterbite)라고 이름 짓고 다른 화학자들에게 성분 분석을 위해 샘플을 보냈을 때 부터 이어져 왔다.

특징편집

성질편집

이트륨은 무르고 은백색 광택과 높은 결정성을 가지는 금속으로 3족 전이 금속에 속해 있다. 이트륨이 바로 위에 위치한 원소인 스칸듐(Sc)과 주기율표상 바로 오른쪽에 위치한 원소인 지르코늄(Zr)보다 전기음성도가 낮다는 것은 주기율표에서 나타나는 원소의 주기적 성질로 예측할 수 있다. 덧붙이자면, 이트륨은 바로 밑의 3족 6주기(란타넘족 원소들이 위치한)에 속하는 란타넘(La)보다 전기음성도가 높다. 또한 이트륨은 5주기에서 첫 번째 전이금속 원소이다.

순수한 원소 상태로는 표면에 더 이상의 산화를 막는 산화피막(산화이트륨 Y2O3로 이루어진)을 생성하기 때문에 비교적 안정한 편이다. 이 산화피막은 이트륨 금속수증기 안에서 750 °C 로 가열될 때 1 μm의 두께를 가질 수 있다. 잘게 나눠졌을 때, 이트륨은 공기 중에서 불안정하다. 작은 이트륨 조각은 400 °C 이상의 온도에서 불이 붙을 수 있다. 질화 이트륨(YN)은 이트륨이 질소(N) 기체 안에서 1000 °C 로 가열될 때 생성된다.

란타넘족 원소들과의 유사성편집

(희토류 원소 참조)

이트륨은 란타넘족 원소들과 성질이 매우 비슷하여 역사적으로 이들과 같이 희토류로 분류되었다. 또한 자연적으로 항상 다른 란타넘족 원소들과 함께 희토류 광물에 포함되어 있다. 화학적으로, 이트륨은 주기율표상 위에 있는 원소인 스칸듐(Sc)보다는 란타넘족과 유사한 성질을 보인다. 그리고 만약 원소를 원자 번호(원자핵 내의 양성자 수)가 아닌 물리적 성질로만 분류했더라면 이트륨은 아마 가돌리늄(Gd)에서 어븀(Er) 사이에 위치하도록 되었을 것이다. 화학적 반응성으로 보면 이트륨은 터븀(Tb)과 디스프로슘(Dy)과 비슷하다. 또한 란타넘족 후반에 위치한 몇몇 원소들을 '이트륨족(Yttrium group)' 이라고 할 만큼 이트륨 이온은 용액 상태에서 크기상으로 이 란타넘족 원소들의 이온들과 비슷하며 마치 그 이온 중 하나처럼 '행동한다'. 이트륨 원자의 크기(원자 반지름으로 나타낼 수 있다)가 란타넘족 원소들과 비슷한 이유는 이트륨과 란타넘족 원소들은 한 주기가 차이 나지만 란타넘족들은 전자가 안쪽의 4f 전자껍질에 채워지기 때문에 가리움 효과가 크게 나타나지 않아 유효 핵전하를 증가시키면서 원자 반지름이 예상 값보다 작아지는 란타넘족 수축이라는 현상을 일으키는데, 이는 이트륨의 원자 반지름이 가돌리늄(Gd) 이후 나오는 란타넘족 원소들보다 큰 값을 가지도록 한다.

이트륨과 란타넘족 원소들의 몇 안되는 차이점 중 하나는 이트륨은 무조건 +3의 산화수를 갖는 데 반면 란타넘족 원소 일부는 +3을 제외한 다른 산화수 역시 가질 수 있다는 것이다. 그렇지만 란타넘족 원소들도 주요 산화수는 +3 이고 15종의 란타넘족 원소 중 네 원소만이 화합물 내에서 다른 산화수를 보인다. ( CeIV, EuII, SmII 그리고 YbII )

화합물과 반응편집

주요 산화수가 +3인 전이 금속으로써 이트륨은 많은 무기화합물을 생성할 수 있다. 가장 좋은 예는 이트리아(Yttria)라고도 불리는 산화 이트륨(III)으로 화학식은 Y2O3이며 배위 결합 6개(six-coordinate)를 가지는 흰색 고체이다. 이트륨은 물에 불용성인 플루오린화물, 수산화물, 옥살염(Oxalate)을 만든다. 하지만 브로민화물, 염화물, 아이오딘화물, 질산화물 그리고 황산화물은 모두 수용성이다. 이트륨 이온 Y3+은 d, f 껍질에 전자를 가지지 않기 때문에 색을 띠지 않는다.

물은 이트륨과 그 화합물과 반응하여 Y2O3 즉 산화 이트륨(III)을 생성한다. 농축된 염산(HCl), 질산(HNO3)은 이트륨을 급속히 화학적으로 부식(Chemical attack)시키지는 않지만 다른 강산들은 그럴 수 있다.

할로젠 원소들과는 플루오린화 이트륨(III), 염화 이트륨(III), 브로민화 이트륨(III)과 같은 삼할로젠화물을 약 200 °C 이상의 온도 환경에서 생성한다. 이와 비슷하게 이트륨은 고온에서 탄소(C), (P), 셀레늄(Se), 규소(Si)와 이원화물을 형성한다.

유기 이트륨 화학(Organoyttrium chemistry)은 탄소-이트륨 결합을 포함하는 화합물을 연구한다. 몇몇 유기 이트륨 화합물에서는 이트륨이 0의 산화수를 갖는 경우도 있다. (이트륨의 산화수 중 +2의 산화수는 염화물이 녹을 때, +1의 경우는 기체 상태에 있는 산화물의 '무리(cluster)'에서 발견된다.) 몇몇 삼량체화 반응(trimerization reactions)에서는 유기 이트륨 화합물을 촉매로 사용하기도 한다. 유기 이트륨 화합물은 염화 이트륨(III) 즉 YCl3 을 출발 물질(시물질, starting material)로 사용하여 만드는데, 이 염화 이트륨(III)은 Y2O3 을 농축된 염산과 염화 암모늄(NH4Cl)의 반응으로 생성한다.

합토수 또는 햅티시티(Hapticity)는 배위결합 화합물에서 한 리간드(ligand)의 원자 몇 개가 중심 원자와 연결되어 있는지 서술할 때 사용하는 용어이다. 이는 그리스 문자 에타(eta, η) 를 사용하여 나타낸다. 이트륨 배위결합 복합체가 최초로 발견된 카보라닐(carboranyl, 카보레인 참조) 리간드가 d0 금속원자에 η7의 합토수를 가지면서 결합되어 있는 예가 되었다.

흑연 층간 물질의 예인 흑연-Y(이트륨) 또는 흑연-Y2O3(이트리아 또는 산화이트륨(III)이라고 한다.)의 증발은 Y@C82 과 같은 풀러렌 안에 원자, 이온 등이 들어 있는 형태를 가진 물질을 만든다. 전자 스핀 공명(Electron spin resonance) 연구로 Y3+ 와 (C82)3- 이온의 생성을 확인되었다. 이트륨의 탄화물인 Y3C 와 Y2C, YC2 는 가수분해(hydrolyze)되어 탄화수소(Hydrocarbon)를 생성할 수 있다.

활용편집

외부 링크편집