Yttrium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Yttrium kommt in der Natur nie als Metall vor. In der Erdkruste ist es häufiger als manches bekannte Metall, aber fein verteilt. Es steckt als Begleiter in den Mineralien der Seltenen Erden, zum Beispiel in Xenotim, einem Yttriumphosphat, und in Monazit. Wichtige Quellen sind außerdem Tone in Südchina, aus denen sich Seltene Erden herauslösen lassen. Der größte Teil der Produktion stammt aus China.

Ein Stück Geschichte liegt im Namen. Ein Offizier fand 1787 in einem Steinbruch bei Ytterby nahe Stockholm ein schweres schwarzes Mineral. 1794 untersuchte es der finnische Chemiker Johan Gadolin und stieß auf ein neues „Erdoxid“, das später Yttererde genannt wurde. Aus der Yttererde und ihren Verwandten wurden im Laufe der Zeit weitere Elemente herausgelöst. Insgesamt tragen vier Elemente ihren Namen nach Ytterby: Yttrium, Ytterbium, Terbium und Erbium.

Das Metall wird aus Yttriumverbindungen gewonnen, etwa durch Reduktion des Fluorids mit Calcium. Die Trennung von den chemisch sehr ähnlichen Seltenen Erden ist aufwendig und läuft über viele Extraktionsschritte. Deshalb ist reines Yttrium vergleichsweise teuer.

Eigenschaften und Reaktionen

Yttrium steht in Periode 5 und Gruppe 3, unter dem Scandium, und hat die Elektronenkonfiguration [Kr] 4d¹ 5s². Die Elektronegativität beträgt 1,22. Das Metall hat eine Dichte von 4,47 g/cm³, schmilzt bei 1522 °C und siedet bei 3345 °C. Es sieht silbrig aus und ist weicher als viele Übergangsmetalle. Chemisch verhält es sich fast wie ein Lanthanoid, deshalb rechnet man es zu den Seltenen Erden.

In Verbindungen kommt Yttrium praktisch nur mit der Oxidationszahl plus drei vor. An der Luft überzieht sich das Metall mit einer dünnen Oxidschicht, die es schützt. Pulver und Späne sind dagegen leicht entzündlich. Mit Wasser und verdünnten Säuren reagiert das Metall wie ein unedles Metall unter Wasserstoffentwicklung, in der Kälte allerdings nur langsam.

Das wichtigste Oxid ist Yttriumoxid Y₂O₃, ein weißes, sehr hitzebeständiges Pulver. Es dient als Wirtsgitter für andere Elemente: Gibt man winzige Mengen anderer Seltener Erden hinzu, leuchten die Kristalle in bestimmten Farben, wenn sie Energie aufnehmen. Dass Yttrium den Lanthanoiden so ähnelt, liegt an seinem Ionenradius, der dem schwerer Lanthanoide wie Holmium nahekommt.

Verwendung in Alltag und Technik

Sichtbar wird Yttrium im Licht. In Leuchtstofflampen und früher in Röhrenbildschirmen sorgten Yttriumverbindungen mit Europium für das Rot. Heute steckt Yttrium-Aluminium-Granat, kurz YAG, mit Cer in vielen weißen LEDs: Eine blaue LED regt eine gelbe Leuchtschicht an, und aus Blau und Gelb mischt sich weißes Licht. Dieses YAG ist auch ein Laserkristall. Mit Neodym versetzt, bildet er den verbreiteten Nd:YAG-Laser, der in der Materialbearbeitung, beim Schweißen und in der Medizin eingesetzt wird.

Berühmt ist die Rolle in der Supraleitung. 1987 entdeckte man, dass die Keramik YBCO aus Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff Strom oberhalb der Siedetemperatur von flüssigem Stickstoff ohne Widerstand leitet. Das war ein Durchbruch, denn flüssiger Stickstoff ist viel billiger zu haben als flüssiges Helium. YBCO findet sich in Magneten und Kabeln, bleibt aber spröde und schwer zu verarbeiten.

Yttriumoxid macht Zirconiumoxid stabil. Diese Keramik ist besonders fest und hitzebeständig. Sie dient als Wärmedämmschicht auf Turbinenschaufeln, in Zahnersatz und in Sauerstoffsensoren, etwa in der Lambdasonde im Auto. Yttrium wird auch Magnesiumlegierungen zugesetzt, um sie zu verfestigen.

In der Medizin nutzt man das radioaktive Isotop Yttrium-90 in der Krebstherapie, wo winzige Kügelchen Tumoren in der Leber gezielt bestrahlen. Yttrium hat im Körper keine bekannte Aufgabe. Staub von Yttriumverbindungen reizt die Lunge, deshalb arbeitet man damit nur in Fachbetrieben und nicht im Schulunterricht.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Yttrium (Y)?

Häufige Fragen