P Prof. Dr. . Peter W KW W. Roes W12/Yttr sky / Pr rium rof. Dr. E

KW
W12/Yttrrium
P
Prof. Dr.. Peter W.
W Roes
sky / Prrof. Dr. Esther
E
S
S. Rösc
ch
Historisc
ches
Yttrium w
wurde erstmalss von Johan Gadolin
G
gegen Ende des 18.. Jahrhunderts
s als Gemischh in einem Mineral
gefunden
n. Dieses Gem
misch, das man
n heute als Ytttererden beze
eichnet, enthällt die Oxide deer Seltenerdm
metalle
Yttrium, S
Scandium und
d der kleineren
n Lanthanoide Europium bis
s Lutetium. Die
e Benennung eerfolgte nach dem
Fundort n
nahe der schw
wedischen Stadt Ytterby. Be
emerkenswert ist, dass vier Elemente, diee in diesem Mineral
enthalten sind, nach de
em Ort Ytterby
y benannt wurrden. Es handelt sich hierbe
ei um Yttrium ((Y), Erbium (E
Er),
Terbium ((Tb) und Ytterrbium (Yb). Die
e schwierige A
Abtrennung de
er Seltenerden
n führte dazu, dass es erst 1843 Carl
G. Mosan
nder gelang, Yttriumoxid
Y
in reiner Form zu
u isolieren. Zu
uvor konnte be
ereits 1828 Friiedrich Wöhle
er das
Element a
als Metall, alle
erdings in veru
unreinigter Forrm, isolieren. Ähnlich
Ä
bemerkenswert wiee der Name Ytttrium ist
auch die Bezeichnung der Elementgruppe der Selltenerden, den
nen Yttrium an
ngehört. Die E
Elemente komm
men
deutlich h
häufiger vor, als
a es der Nam
me vermuten lä
ässt. So ist Ytttrium mit 31 ppm in der Erddkruste häufige
er als z.B.
Jod (0.14
4 ppm) oder Ziinn (2.2 ppm). Der Name „S
Seltene Erden"" beruht auf de
er Tatsache, ddass ursprüng
glich nur
vereinzeltte Lagerstätte
en für Seltenerrd-Mineralien b
bekannt waren.[1]
Abbildung
g 1: Metallisch
hes Yttrium
Yttrium isst ein Element, das nur wenige kennen, a
aber fast alle von uns verwenden. Die verttrauteste Anw
wendung
von Yttriu
umverbindungen im Alltag sind Leuchtstofffe. Yttrium, das in seinen Verbindungen
V
fast ausschlie
eßlich in
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der Oxida
ationsstufe +3 vorkommt, dient als geschllossenschaliges Ion selbst nicht
n
als Leucchtstoff. Es bild
det jedoch
sogenann
nte anorganiscche Wirtsmate
erialen für Leu
uchtstoffe. Dies sind Festkörrperverbindunngen, die mit anderen
a
Elemente
en dotiert sind. Die so erhalttenen Leuchtsstoffe können Energie, die z.B.
z in Form voon UV Strahlung oder
einem Ele
ektronenstrahl zugeführt wu
urde, in sichtba
ares Licht umw
wandeln. Eine
e ältere Anwenndung findet man
m in der
klassischen Bildröhre von
v Farbfernse
ehern, in der d
die Elemente Europium und
d Terbium für ddie Erzeugung
g der
Farbe verrwendet wurde
en. So besteh
ht der rote Leu
uchtpunkt in de
er Regel aus Eu
E 3+, das in daas Wirtsmaterrial Y2O2S
dotiert
wurde. Eiine modernere
e Anwendung sind Energiessparlampen un
nd LEDs. In Energiesparlam
mpen erzeugt Eu3+dotiertes Y2O3 den rote
en Spektralantteil. In weißen
n LEDs kombin
niert man u.a. blaue LEDs m
mit einem Leuchtstoff,
der gelbe
es Licht emittie
ert. Geeignet ist hierfür ein C
Cer-dotierter Yttrium/Gadoli
Y
nium-Aluminiuum-Granat: (Y
Y1xGdx)Al5O12:Ce.[2]
Yttrium-A
Aluminium-Gra
anat (YAG, Y3Al
A 5O12) spielt zzudem schon seit längerer Zeit
Z als Wirtsggitter in den
sogenann
nten Neodym--YAG Lasern eine
e
zentrale R
Rolle. In diese
en Feststofflas
sern werden w
während des
Laservorg
gangs Nd3+-Io
onen in den an
ngeregten Zusstand versetzt.. Die Emission
nswellenlängee liegt meistens bei
1064 nm und somit im Infrarotbereich. Mit Hochleiistungs-Neody
ym-YAG Lasern kann eine A
Ausgangsleisttung von
mehreren
n kW erzielt we
erden, so dass der Laserstrrahl zum Schw
weißen, Schne
eiden und Bohhren von Blech
hen
verwende
et wird.[2] Im dermatologisc
d
hen Bereich w
werden Neody
ym-YAG Laserr mit unterschiiedlichster Leiistung u.a.
zum Entfe
ernen von Tättowierungen, zur
z Haarentferrnung, zur Behandlung von zahlreichen G
Gefäßverände
erungen
sowie zurr Entfernung von
v Alters- und
d Sonnenfleckken eingesetztt.
Abbildung
g 2: links: Ene
ergiesparbirne; Mitte: Röhre
enfernseher, re
echts: Laser
Neben de
er Anwendung
g im Bereich der Leuchtstofffe ist Yttrium auch
a
als Besta
andteil des
Hochtemp
peratursuprale
eiters YBa2Cu
u3O7-xzu finden
n. Bei diesem keramischen Werkstoff lieggt die
Sprungtemperatur, d.h. die Tempera
atur, bei der de
er elektrische Widerstand auf den Wert N
Null fällt, oberh
halb des
Siedepun
nkts von flüssig
gem Stickstofff (daher der Z
Zusatz „Hochte
emperatur"). Für
F diese Entd eckung wurde
en die
Forscher Johannes G. Bednorz und Karl A. Müllerr 1987 mit dem
m Nobelpreis für
f Physik aussgezeichnet.
Die Chem
mie des Eleme
ents Yttrium lässt sich relativv leicht verstehen. Yttrium kommt
k
in chem
mischen Verbindungen
fast ausscchließlich in der Oxidationss
stufe +3 vor. Y 3+-Ionen bilde
en die Edelgaskonfigurationn [Kr] aus. Es kommt
somit bis auf wenige Ausnahmen nie
e zu Redoxrea
aktionen. Aufg
grund des harten Ionencharaakters bilden Y3+-Ionen
chemisch
he Bindungen aus, die im Wesentlichen
W
vvon elektrostattischen Effekte
en dominiert ssind. Das bede
eutet,
dass klasssische Bindun
ngskonzepte der
d d-Metall C
Chemie, wie Do
onor-Akzeptorr Synergismuss oder die 18 VE-Regel,
V
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kaum eine Rolle spielen. Die Anzahl der Liganden am Yttriumatom wird hauptsächlich von sterischen Einflüssen
dominiert. Somit werden häufig hohe Koordinationszahlen von 8 - 9 beobachtet. Obwohl Yttrium ein Element der
5. Periode ist, passt es vom chemischen Verhalten genau in die Reihe der
Lanthanoide. Aufgrund seines Ionenradius kann man es etwa zwischen den Elementen Holmium und Erbium
einordnen. Es verwundert deshalb kaum, dass Yttrium in der Natur mit den schweren Seltenerden
vergesellschaftet zu finden ist.[3]
Im Gegensatz zu den meisten Seltenerden ist Yttrium zusammen mit Sc, La und Lu in seinen
Molekülverbindungen als dreiwertige Verbindung aufgrund der Edelgaskonfiguration diamagnetisch. Dies
erleichtert die Untersuchung der Verbindungen mittels NMR-Spektroskopie und erlaubt häufig Rückschlüsse auf
das Verhalten ähnlicher paramagnetischer Seltenerdverbindungen in Lösung. Als Besonderheit kommt hinzu,
dass Yttrium im natürlichen Zustand nur ein Isotop (89Y) hat, welches selbst einen Kernspin von I = 1/2 besitzt.
Trotz dieser Möglichkeiten wurde die 89Y-NMR Spektroskopie früher nur wenig genutzt, da lange T1Relaxationszeiten zu sehr großen Messzeiten führen. Durch die Verwendung moderner Pulssequenzen kann
dieses Problem heute in vielen Fällen gut umgangen werden.
Neben dem natürlichen Nuklid
geringerem Umfang
86
89
Y gibt es zudem zahlreiche Yttrium-Isotope, von denen sich vor allem
Y für die medizinische Diagnostik und Therapie durchgesetzt haben. Bei
90
90
Y und in
Y wird in der
Krebstherapie vor allem die Eigenschaft als β--Strahler ausgenutzt. Ein Vorteil dieses Isotops ist es, keine γBegleitstrahlung zu emittieren, wodurch die Strahlenbelastung sowohl für den Patienten als auch für das
Krankenhauspersonal reduziert wird.[4] 90Y wird in der zielgerichteten Krebs-Therapie in Form von Mikrosphären,
monoklonalen Antikörpern oder verschiedenen chemischen Komplexverbindungen eingesetzt.[5]
Eine Anwendung von 90Y ist die Behandlung von Leberkrebs. Leberkrebs ist eine häufige Form der
Krebserkrankung, die entweder in Form von primären Lebertumoren auftritt oder oft auch durch Metastasen
anderer Tumore in die Leber hervorgerufen wird (sekundäre Lebertumore).[5b] In den USA sind 2015 nach
Schätzungen 35.660 Männer und Frauen neu an primärem Leber- und intrahepatischem Gallengangkrebs
erkrankt.[6] In der so genannten SIRT-Behandlung (Selective Internal Radiation Therapy) von Leberkrebs wird
eine große Anzahl von Mikrosphären, die 90Y enthalten, selektiv in ausgewählte Zweige der Leberarterie injiziert.
Dadurch werden lokal hohe Strahlendosen erzielt, die den Tumor schrumpfen lassen.[5b] Aktuell werden vor
allem Glas-Mikrosphären (TheraSphere™) und Harz-Mikrosphären (SIR-Spheres™) verwendet.[7] 86Y wird
als β+-Strahler üblicherweise vor der eigentlichen Therapie für die patienten- und substanzspezifischen
Dosisabschätzungen mittels PET (Positronen-Emissions-Tomografie) für 90Y-enthaltende Therapeutika
eingesetzt.
Literatur
[1] N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2 ed., Elsevier Ltd, Oxford, 1997.
[2] E. Riedel, C. Janiak, Anorganische Chemie, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin, 2015.
[3] S. Cotton, Lanthanide and Actinide Chemistry, 2 ed., John Wiley & Sons, West Sussex, 2006.
[4] T. J. Wadas, E. H. Wong, G. R. Weisman, C. J. Anderson, Chem. Rev. (Washington, DC, U. S.) 2010, 110,
2858.
www.Aktuelle-Wochenschau.de
[5] a) F. Rösch, S. M. Qaim, G. Stöcklin, Appl. Radiat. Isot. 1993, 44, 677; b) A. A. Attarwala, F. Molina-Duran, K.
A. Busing, S. O. Schonberg, D. L. Bailey, K. Willowson, G. Glatting, PloS one 2014, 9, e110401.
[6] R. L. Siegel, K. D. Miller, A. Jemal, CA: a cancer journal for clinicians 2015, 65, 5.
[7] C. E. Barbier, U. Garske-Roman, M. Sandstrom, R. Nyman, D. Granberg, European journal of nuclear
medicine and molecular imaging 2015.
www.Aktuelle-Wochenschau.de