Periodensystem: Yttrium

Das in reinster Form silbrig glänzende Yttrium überzieht sich an der Luft sofort mit einer grauen Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Oxidation schützt. Beim Erhitzen mit einem Brenner verbrennt Yttriumpulver mit rötlicher Flamme. Mit Sauerstoff reagiert das Metall zu Yttriumoxid:

Mit heißem Wasser und mit Säuren reagiert Yttrium unter Wasserstoffbildung zu dreiwertigen Yttriumsalzen. Mit Chlor bildet sich Yttrium(III)-chlorid.

Stäube von Yttrium oder Yttriumoxid werden beim Einatmen in der Lunge eingelagert. Es besteht die Gefahr, das sich eine chronische Lungenfibrose ausbildet. Dabei bildet sich übermäßig viel Bindegewebe zwischen den Lungenbläschen und den Blutgefäßen. Als Folge treten Atemnot, Müdigkeit und chronischer Husten auf.

Häufigkeit weniger häufig

Yttrium kann man aus den Mineralen Gadolinit, Xenotim, Euxenit, Samarskit oder Betafit gewinnen. Für die Yttriumgewinnung am bedeutendsten sind jedoch xenotimhaltige Flussseifen, aus denen zahlreiche Elemente der Seltenen Erden gewonnen werden können. Zwei wichtige Länder zum Abbau von Yttriumerzen sind China und Myanmar. Eine der weltweit größten Lagerstätten für die Lanthanide ist die Mountain Pass Mine in Kalifornien. Dort wurde Yttrium in den Mineralen der Bastnäsit-Serie entdeckt. Auch im marinen Sedimentgestein Phosphorit befinden sich Konzentrationen von Seltenen Erden.

Die Geschichte zur Entdeckung der Seltenen Erden begann im Jahr 1787: Der schwedische Armeeleutnant und Chemiker Carl Axel Arrhenius (1757–1824) fand nordöstlich von Stockholm beim Dorf Ytterby auf der Schäreninsel Resarö – heute Gemeinde Vaxholm – ein schwarzes Mineral, das er zunächst „Ytterbit“ benannte (auch „Ytterit“). 1794 entdeckte der finnische Chemiker Johan Gadolin (1760–1852) im Ytterbit ein neues Oxid, das er „Yttria“ nannte und in der deutschen Sprache als „Ytter-Erde“ bezeichnet wird. Die Chemiker Ekeberg, Klaproth und Vauquelin nahmen ebenfalls Untersuchungen an dem Mineral vor und bestätigten Gadolins Entdeckung. Das darin vermutete Element erhielt den Namen Yttrium, benannt nach dem Fundort bei Ytterby. Im Jahr 1800 vergab der deutsche Chemiker Martin Henrich Klaproth dem Mineral „Ytterbit“ zu Ehren von Johan Gadolin den heute noch gültigen Namen Gadolinit. [Lit 138]

Das Symbol „Y“ für Yttrium schlug Berzelius 1814 vor. 1828 erhielt Friedrich Wöhler das Yttrium in unreiner Form durch Reduktion von Yttrium(III)-chlorid mit Kalium. Gadolin wusste bei der Entdeckung des Yttriums allerdings noch nicht, dass seine „Yttria“ in Wirklichkeit ein Gemisch von mehreren Elementoxiden darstellte. 1843 konnte Carl Gustav Mosander daraus drei Oxide isolieren. Er benannte die Elemente Ytterbium, Terbium und Erbium ebenfalls nach der legendären Fundstelle. Der Fundort wurde im 19. Jahrhundert zur „Grube Ytterby“ ausgebaut und von zahlreichen berühmten Chemikern besucht. Noch heute befindet sich dort ein Steinbruch mit einer Gedenktafel als Zeuge der Geburtsstunde der Seltenen Erden.

Nach Mosanders Entdeckung im Jahr 1843 wendeten sich zahlreiche Forscher dem Gadolinit zu: Sie isolierten bei der Untersuchung der Ytter-Erde weitere unreine Metalloxide oder wiesen diese spektralanalytisch indirekt nach, zum Beispiel die Oxide von Ytterbium, Scandium, Holmium, Thulium, Dysprosium, Gadolinium und Lutetium. Reines Yttrium konnte erst 1935 durch die Chemiker West und Hopkins hergestellt werden. [Lit 4]

Xenotimhaltige Flusssande werden zunächst mit Schwefelsäure behandelt, wobei die entsprechenden Sulfate der enthaltenen Seltenen Erden entstehen. Das Yttriumsulfat wird durch Extraktion, Ionenaustauschverfahren und Komplexbildung von den übrigen Verbindungen der anderen Elemente abgetrennt und nach seiner Fällung als Oxalat zu Yttriumoxid verglüht. Durch eine Reaktion mit Hydrogenfluorid erhält man Yttrium(III)-fluorid, das durch eine Reduktion mit Calcium oder Magnesium zu einer Legierung aus Yttrium, Calcium und Magnesium umgewandelt werden kann. Durch eine nachfolgende Vakuumdestillation können die niedriger siedenden Metalle wie Magnesium und Calcium abgetrennt werden. Man erhält einen Yttriumschwamm, aus dem durch Schmelzen im Lichtbogenofen das reine Metall isoliert werden kann. [Lit 4, 5]

Das Metall ist ein Legierungsbestandteil von Heizleiterleitungen und von Chrom-Nickel-Stahl. Dort verbessert es die Oxidationsbeständigkeit. In Zündkerzen für Ottomotoren erhöht es die Lebensdauer der Kerzen. Yttrium-Cobalt-Legierungen dienen zur Herstellung von Dauermagneten. Yttriumverbindungen wie das Yttriumvanadat dienen zusammen mit Europium in Fabbildröhren als Aktivatoren für das rote Leuchten. Eine künstlich hergestellte Verbindung mit dem Namen „YAG“ (Yttrium-Aluminium-Granat) wird in der Lasertechnik und als künstlicher Diamant bei der Schmuckherstellung verwendet. Die Verbindung „YIG“ (Yttrium-Iron-Garnet = Yttrium-Eisen-Granat) wird in der Elektronik zur Herstellung von Speicherchips und in der Hochfrequenztechnik eingesetzt.