Itrio
Elemento químico con número atómico 39 (Y)
Itrio,  39 Y
Itrio
Pronunciación/ ˈ ɪ t r i ə m / ​( IT -ree-əm )
Aparienciablanco plateado
Peso atómico estándar A r °(Y)
  • 88,905 838 ± 0,000 002 [1]
  • 88,906 ± 0,001  ( abreviado ) [2]
El itrio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatoRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrenceRutherfordioDubnioSeaborgioBohrioHassioMeitnerioDarmstadtioRoentgenioCopérnicoNihonioFlerovioMoscovioLivermorioTennesseeOganesón
Sc
↑
Y
↓
Lu
estroncio ← itrio → circonio
Número atómico ( Z )39
Grupogrupo 3
Períodoperíodo 5
Bloquear  bloque d
Configuración electrónica[ Kr ] 4d 1 5s 2
Electrones por capa2, 8, 18, 9, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusión1799  K (1526 °C, 2779 °F)
Punto de ebullición3203 K (2930 °C, 5306 °F)
Densidad (a 20° C)4,469 g/cm3 [ 3]
Cuando está líquido (a  punto de fusión )4,24 g/ cm3
Calor de fusión11,42  kJ/mol
Calor de vaporización363 kJ/mol
Capacidad calorífica molar26,53 J/(mol·K)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 mil100 mil
en  T  (K)18832075(2320)(2627)(3036)(3607)
Propiedades atómicas
Estados de oxidacióncomún: +3
0, [4] +1, ? +2 [5]
ElectronegatividadEscala de Pauling: 1,22
Energías de ionización
  • 1º: 600 kJ/mol
  • 2º: 1180 kJ/mol
  • 3º: 1980 kJ/mol
Radio atómicoempírico: 180  pm
Radio covalente190 ± 7 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales del itrio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinaHexagonal compacto (hcp) ( hP2 )
Constantes de red
Estructura cristalina compacta y hexagonal para el itrio
a  = 364,83 pm
c  = 573,17 pm (a 20 °C) [3]
Expansión térmica11,21 × 10 −6 /K (a 20 °C) [3] [a]
Conductividad térmica17,2 W/(m⋅K)
Resistividad eléctricaα, poli: 596 nΩ⋅m (a temperatura ambiente )
Ordenamiento magnéticoparamagnético [6]
Susceptibilidad magnética molar+2,15 × 10 −6  cm 3 /mol (2928 K) [7]
Módulo de Young63,5 GPA
Módulo de corte25,6 GPA
Módulo volumétrico41,2 promedio de calificaciones
Velocidad del sonido varilla delgada3300 m/s (a 20 °C)
Relación de Poisson0,243
Dureza Brinell200–589 MPa
Número CAS7440-65-5
Historia
Nombramientosegún Ytterby (Suecia) y su mineral iterbita  (gadolinita)
DescubrimientoJuan Gadolin (1794)
Primer aislamientoFriedrich Wöhler (1838)
Isótopos del itrio
Isótopos principalesDecadencia
abundanciavida media ( t 1/2 )modoproducto
87 añossintetizador3,4 díasmi87 Sr
gamma–
88 añossintetizador106,6 díasmi88 Sr
gamma–
89 años100%estable
90 añossintetizador2,7 díasβ −90 Zr
gamma–
91 añossintetizador58,5 díasβ −91 Zr
gamma–
 Categoría: Itrio
| referencias

El itrio es un elemento químico ; su símbolo es Y y su número atómico es 39. Es un metal de transición plateado-metálico químicamente similar a los lantánidos y a menudo se lo ha clasificado como un " elemento de tierras raras ". [8] El itrio casi siempre se encuentra en combinación con elementos lantánidos en minerales de tierras raras y nunca se encuentra en la naturaleza como un elemento libre. 89 El Y es el único isótopo estable y el único isótopo que se encuentra en la corteza terrestre .

El uso más importante del itrio en la actualidad es como componente de los fósforos , especialmente los que se utilizan en los LED . Históricamente, se utilizó ampliamente en los fósforos rojos de las pantallas de tubos de rayos catódicos de los televisores . [9] El itrio también se utiliza en la producción de electrodos , electrolitos , filtros electrónicos , láseres , superconductores , varias aplicaciones médicas y en el rastreo de varios materiales para mejorar sus propiedades.

El itrio no tiene ninguna función biológica conocida . La exposición a compuestos de itrio puede causar enfermedades pulmonares en humanos. [10]

Etimología

El elemento recibe su nombre de la iterbita , un mineral identificado por primera vez en 1787 por el químico Carl Axel Arrhenius . Le puso el nombre del pueblo de Ytterby , en Suecia , donde había sido descubierto. Cuando más tarde se descubrió que uno de los componentes químicos de la iterbita era un elemento no identificado previamente, el elemento recibió el nombre de itrio en honor al mineral.

Características

Propiedades

El itrio es un metal de transición blando, plateado-metálico, brillante y altamente cristalino del grupo 3. Como se esperaba por las tendencias periódicas , es menos electronegativo que su predecesor en el grupo, el escandio , y menos electronegativo que el siguiente miembro del período 5 , el circonio . Sin embargo, debido a la contracción de los lantánidos , también es menos electronegativo que su sucesor en el grupo, el lutecio . [11] [12] [13] El itrio es el primer elemento del bloque d en el quinto período.

El elemento puro es relativamente estable en el aire en forma masiva, debido a la pasivación de un óxido protector ( Y
2Oh
3) película que se forma en la superficie. Esta película puede alcanzar un espesor de 10  μm cuando el itrio se calienta a 750 ° C en vapor de agua . [14] Sin embargo, cuando está finamente dividido, el itrio es muy inestable en el aire; las virutas o virutas del metal pueden encenderse en el aire a temperaturas superiores a 400 °C. [15] El nitruro de itrio (YN) se forma cuando el metal se calienta a 1000 °C en nitrógeno . [14]

Similitud con los lantánidos

Las similitudes del itrio con los lantánidos son tan fuertes que el elemento ha sido agrupado con ellos como un elemento de tierras raras , [8] y siempre se encuentra en la naturaleza junto con ellos en minerales de tierras raras . [16] Químicamente, el itrio se parece a esos elementos más que su vecino en la tabla periódica, el escandio , [17] y si las propiedades físicas se graficaran contra el número atómico , tendría un número aparente de 64,5 a 67,5, colocándolo entre los lantánidos gadolinio y erbio . [18]

A menudo también cae en el mismo rango para el orden de reacción, [14] asemejándose al terbio y al disprosio en su reactividad química. [9] El itrio es tan cercano en tamaño al llamado 'grupo itrio' de iones lantánidos pesados ​​que en solución, se comporta como si fuera uno de ellos. [14] [19] Aunque los lantánidos están una fila más abajo en la tabla periódica que el itrio, la similitud en el radio atómico puede atribuirse a la contracción de los lantánidos . [20]

Una de las pocas diferencias notables entre la química del itrio y la de los lantánidos es que el itrio es casi exclusivamente trivalente , mientras que aproximadamente la mitad de los lantánidos pueden tener valencias distintas de tres; sin embargo, solo para cuatro de los quince lantánidos estas otras valencias son importantes en solución acuosa ( Ce IV , Sm II , Eu II e Yb II ). [14]

Compuestos y reacciones

Izquierda: Las sales solubles de itrio reaccionan con el carbonato y forman un precipitado blanco de carbonato de itrio. Derecha: El carbonato de itrio es soluble en una solución de carbonato de metal alcalino en exceso.

Como metal de transición trivalente, el itrio forma varios compuestos inorgánicos , generalmente en el estado de oxidación +3, al ceder sus tres electrones de valencia . [21] Un buen ejemplo es el óxido de itrio (III) ( Y
2Oh
3), también conocido como itria, un sólido blanco de seis coordenadas . [22]

El itrio forma fluoruro , hidróxido y oxalato insolubles en agua , pero su bromuro , cloruro , yoduro , nitrato y sulfato son todos solubles en agua. [14] El ion Y 3+ es incoloro en solución debido a la ausencia de electrones en las capas de electrones d y f . [14]

El agua reacciona fácilmente con el itrio y sus compuestos para formar Y
2Oh
3. [16] Los ácidos nítrico y fluorhídrico concentrados no atacan rápidamente al itrio, pero otros ácidos fuertes sí lo hacen. [14]

Con halógenos , el itrio forma trihaluros como el fluoruro de itrio (III) ( YF
3), cloruro de itrio (III) ( YCl
3) y bromuro de itrio (III) ( YBr
3) a temperaturas superiores a aproximadamente 200 °C. [10] De manera similar, el carbono , el fósforo , el selenio , el silicio y el azufre forman compuestos binarios con itrio a temperaturas elevadas. [14]

La química del organoitrio es el estudio de compuestos que contienen enlaces carbono-itrio. Se sabe que algunos de ellos tienen itrio en el estado de oxidación 0. [4] [23] (El estado +2 se ha observado en fundidos de cloruro, [24] y +1 en grupos de óxido en fase gaseosa. [25] ) Algunas reacciones de trimerización se generaron con compuestos de organoitrio como catalizadores. [23] Estas síntesis utilizan YCl
3como material de partida, obtenido a partir de Y
2Oh
3y ácido clorhídrico concentrado y cloruro de amonio . [26] [27]

La hapticidad es un término que describe la coordinación de un grupo de átomos contiguos de un ligando unido al átomo central; se indica con la letra griega eta, η. Los complejos de itrio fueron los primeros ejemplos de complejos en los que los ligandos de carboranilo estaban unidos a un centro metálico ad 0 a través de una hapticidad η 7. [23] Vaporización de los compuestos de intercalación de grafito grafito–Y o grafito– Y
2Oh
3conduce a la formación de fulerenos endoédricos como Y@C 82 . [9] Los estudios de resonancia de espín electrónico indicaron la formación de pares de iones Y 3+ y (C 82 ) 3− . [9] Los carburos Y 3 C, Y 2 C y YC 2 pueden hidrolizarse para formar hidrocarburos . [14]

Isótopos y nucleosíntesis

El itrio en el Sistema Solar se creó mediante nucleosíntesis estelar , principalmente mediante el proceso s (≈72%), pero también mediante el proceso r (≈28%). [28] El proceso r consiste en la captura rápida de neutrones por elementos más ligeros durante las explosiones de supernovas . El proceso s es una captura lenta de neutrones de elementos más ligeros dentro de estrellas gigantes rojas pulsantes . [29]

Mancha amarilla irregular granulada con borde rojo sobre fondo negro
Mira es un ejemplo del tipo de estrella gigante roja en la que se creó la mayor parte del itrio del sistema solar.

Los isótopos de itrio se encuentran entre los productos más comunes de la fisión nuclear del uranio en explosiones nucleares y reactores nucleares. En el contexto de la gestión de residuos nucleares , los isótopos más importantes del itrio son el 91Y y el 90Y , con vidas medias de 58,51 días y 64 horas, respectivamente. [30] Aunque el 90Y tiene una vida media corta, existe en equilibrio secular con su isótopo progenitor de larga vida, el estroncio-90 ( 90Sr ) (vida media de 29 años). [15]

Todos los elementos del grupo 3 tienen un número atómico impar y, por lo tanto, pocos isótopos estables . [11] El escandio tiene un isótopo estable y el itrio en sí tiene solo un isótopo estable, 89 Y, que también es el único isótopo que se produce de forma natural. Sin embargo, las tierras raras lantánidas contienen elementos de número atómico par y muchos isótopos estables. Se cree que el itrio-89 es más abundante de lo que sería de otra manera, debido en parte al proceso s, que permite suficiente tiempo para que los isótopos creados por otros procesos se desintegren por emisión de electrones (neutrón → protón). [29] [b] Un proceso tan lento tiende a favorecer a los isótopos con números de masa atómica (A = protones + neutrones) alrededor de 90, 138 y 208, que tienen núcleos atómicos inusualmente estables con 50, 82 y 126 neutrones, respectivamente. [29] [c] Se cree que esta estabilidad es resultado de su sección transversal de captura de neutrones muy baja . [29] La emisión de electrones de isótopos con esos números de masa es simplemente menos frecuente debido a esta estabilidad, lo que resulta en que tengan una mayor abundancia. [15] 89 Y tiene un número de masa cercano a 90 y tiene 50 neutrones en su núcleo.

Se han observado al menos 32 isótopos sintéticos de itrio, y su número de masa atómica varía de 76 a 108. [30] El menos estable de ellos es el 109 Y con una vida media de 25  ms y el más estable es el 88 Y con una vida media de 106,629 días. [31] Aparte del 91 Y, el 87 Y y el 90 Y, con vidas medias de 58,51 días, 79,8 horas y 64 horas, respectivamente; todos los demás isótopos tienen vidas medias de menos de un día y la mayoría de menos de una hora. [30]

Los isótopos de itrio con números másicos iguales o inferiores a 88 se desintegran principalmente por emisión de positrones (protón → neutrón) para formar isótopos de estroncio ( Z = 38). [30] Los isótopos de itrio con números másicos iguales o superiores a 90 se desintegran principalmente por emisión de electrones (neutrón → protón) para formar isótopos de circonio (Z = 40). [30] También se sabe que los isótopos con números másicos iguales o superiores a 97 tienen rutas de desintegración menores de emisión de neutrones retardada β . [32]

El itrio tiene al menos 20 isómeros metaestables ("excitados") cuyo número de masa varía de 78 a 102. [30] [d] Se han observado múltiples estados de excitación para 80 Y y 97 Y. [30] Si bien se espera que la mayoría de los isómeros de itrio sean menos estables que su estado fundamental ; 78m, 84m, 85m, 96m, 98m1, 100m, 102m Y tienen vidas medias más largas que sus estados fundamentales, ya que estos isómeros se desintegran por desintegración beta en lugar de transición isomérica . [32]

Historia

En 1787, el químico Carl Axel Arrhenius encontró una pesada roca negra en una antigua cantera cerca del pueblo sueco de Ytterby (ahora parte del archipiélago de Estocolmo ). [33] Pensando que era un mineral desconocido que contenía el elemento recién descubierto tungsteno , [34] lo llamó iterbita [e] y envió muestras a varios químicos para su análisis. [33]

Busto en blanco y negro de un joven con pañuelo en el cuello y abrigo. El pelo está apenas pintado y parece gris.
Johan Gadolin descubrió el óxido de itrio.

Johan Gadolin de la Universidad de Åbo identificó un nuevo óxido (o " tierra ") en la muestra de Arrhenius en 1789, y publicó su análisis completo en 1794. [35] [f] Anders Gustaf Ekeberg confirmó la identificación en 1797 y nombró al nuevo óxido itrio . [36] En las décadas posteriores a que Antoine Lavoisier desarrollara la primera definición moderna de elementos químicos , se creía que las tierras podían reducirse a sus elementos, lo que significa que el descubrimiento de una nueva tierra era equivalente al descubrimiento del elemento dentro de ella, que en este caso habría sido el itrio . [g] [37] [38] [39]

Se le atribuye a Friedrich Wöhler el primer aislamiento del metal en 1828 al hacer reaccionar un cloruro volátil que él creía que era cloruro de itrio con potasio. [40] [41] [42]

En 1843, Carl Gustaf Mosander descubrió que las muestras de itria contenían tres óxidos: óxido de itrio blanco (itria), óxido de terbio amarillo (confusamente, esto se llamaba 'erbia' en ese momento) y óxido de erbio de color rosa (llamado 'terbia' en ese momento). [43] [44] Un cuarto óxido, el óxido de iterbio , fue aislado en 1878 por Jean Charles Galissard de Marignac . [45] Más tarde se aislaron nuevos elementos de cada uno de esos óxidos, y cada elemento fue nombrado, de alguna manera, en honor a Ytterby, el pueblo cerca de la cantera donde se encontraron (ver iterbio , terbio y erbio ). [46] En las décadas siguientes, se descubrieron otros siete nuevos metales en la "itria de Gadolin". [33] Como se descubrió que la itria era un mineral y no un óxido, Martin Heinrich Klaproth la rebautizó como gadolinita en honor a Gadolin. [33]

Hasta principios de la década de 1920, se utilizó el símbolo químico Yt para el elemento, después de lo cual Y pasó a ser de uso común. [47] [48]

En 1987, se descubrió que el óxido de itrio, bario y cobre alcanzaba superconductividad a alta temperatura . [49] Fue el segundo material conocido que exhibió esta propiedad, [49] y fue el primer material conocido en alcanzar superconductividad por encima del punto de ebullición (económicamente importante) del nitrógeno. [h]

Aparición

Tres cristales marrones en forma de columna sobre un fondo blanco.
Los cristales de xenotima contienen itrio.

Abundancia

El itrio se encuentra en la mayoría de los minerales de tierras raras , [12] y algunos minerales de uranio , pero nunca en la corteza terrestre como un elemento libre. [50] Aproximadamente 31  ppm de la corteza terrestre es itrio, [9] lo que lo convierte en el 43.º elemento más abundante. [51] : 615  El itrio se encuentra en el suelo en concentraciones entre 10 y 150 ppm (promedio de peso seco de 23 ppm) y en el agua de mar a 9  ppt . [51] Las muestras de rocas lunares recolectadas durante el Proyecto Apolo estadounidense tienen un contenido relativamente alto de itrio. [46]

El itrio no se considera un "buscador de huesos" como el estroncio y el plomo . [52] Normalmente, tan sólo 0,5 miligramos (0,0077 gr) se encuentran en todo el cuerpo humano; la leche materna humana contiene 4 ppm. [53] El itrio se puede encontrar en plantas comestibles en concentraciones entre 20 ppm y 100 ppm (peso fresco), siendo el repollo el que tiene la mayor cantidad. [53] Con hasta 700 ppm, las semillas de plantas leñosas tienen las concentraciones más altas conocidas. [53]

En abril de 2018, [actualizar]se informó del descubrimiento de enormes reservas de tierras raras en el fondo marino profundo, a varios cientos de kilómetros de la pequeña isla japonesa de Minami-Torishima , también conocida como isla Marcus. Según un estudio publicado en Scientific Reports , esta ubicación tiene un "tremendo potencial" de tierras raras e itrio (REY). [54] "Este lodo rico en REY tiene un gran potencial como recurso de metales de tierras raras debido a la enorme cantidad disponible y sus ventajosas características mineralógicas", se lee en el estudio. El estudio muestra que más de 16 millones de toneladas cortas (15 mil millones de kilogramos) de tierras raras podrían "explotarse en un futuro cercano". Además del itrio (Y), que se utiliza en productos como lentes de cámaras y pantallas de teléfonos móviles, los elementos de tierras raras encontrados son europio (Eu), terbio (Tb) y disprosio (Dy). [55]

Producción

Como el itrio es químicamente similar a los lantánidos, se encuentra en los mismos minerales ( minerales de tierras raras ) y se extrae mediante los mismos procesos de refinamiento. Se reconoce una ligera distinción entre los elementos de tierras raras ligeros (LREE) y los pesados ​​(HREE), pero la distinción no es perfecta. El itrio se concentra en el grupo HREE debido a su tamaño iónico, aunque tiene una masa atómica menor . [56] [57]

Pieza de metal gris sucio, de forma aproximadamente cúbica y estructura superficial irregular.
Un trozo de itrio. El itrio es difícil de separar de otros elementos de tierras raras.

Los elementos de tierras raras (REE) provienen principalmente de cuatro fuentes: [58]

  • Los minerales que contienen carbonato y fluoruro, como la bastnäsita LREE ((Ce, La, etc.)(CO 3 )F), contienen en promedio un 0,1 % [15] [56] de itrio, en comparación con el 99,9 % de las otras 16 tierras raras. [56] La principal fuente de bastnäsita desde los años 1960 hasta los años 1990 fue la mina de tierras raras Mountain Pass en California, lo que convirtió a Estados Unidos en el mayor productor de tierras raras durante ese período. [56] [58] El nombre "bastnäsita" es en realidad un nombre de grupo, y el sufijo Levinson se utiliza en los nombres minerales correctos, por ejemplo, la bästnasita-(Y) tiene Y como elemento predominante. [59] [60] [61]
  • La monacita (( Ce , La , etc.) PO4 ), que es principalmente fosfato, es un depósito de placer de arena creado por el transporte y la separación gravitacional del granito erosionado. La monacita como mineral LREE contiene 2% [56] (o 3%) [62] de itrio. Los depósitos más grandes se encontraron en India y Brasil a principios del siglo XX, lo que convirtió a esos dos países en los mayores productores de itrio en la primera mitad de ese siglo. [56] [58] Del grupo de la monacita, el miembro dominante de Ce, la monacita-(Ce), es el más común. [63]
  • La xenotima , un fosfato de tierras raras, es el principal mineral de HREE que contiene hasta un 60 % de itrio como fosfato de itrio (YPO 4 ). [56] Esto se aplica a la xenotima-(Y). [61] [64] [60] La mina más grande es el depósito Bayan Obo en China, lo que convierte a China en el mayor exportador de HREE desde el cierre de la mina Mountain Pass en la década de 1990. [56] [58]
  • Las arcillas de absorción de iones o arcillas Lognan son productos de la meteorización del granito y contienen solo un 1 % de tierras raras. [56] El concentrado de mineral final puede contener hasta un 8 % de itrio. Las arcillas de absorción de iones se encuentran principalmente en el sur de China. [56] [58] [65] El itrio también se encuentra en la samarskita y la fergusonita (que también representan nombres de grupos). [51]

Un método para obtener itrio puro a partir de minerales de óxido mixto es disolver el óxido en ácido sulfúrico y fraccionarlo mediante cromatografía de intercambio iónico . Con la adición de ácido oxálico , precipita el oxalato de itrio. El oxalato se convierte en óxido calentándolo con oxígeno. Al reaccionar el óxido de itrio resultante con fluoruro de hidrógeno , se obtiene fluoruro de itrio . [66] Cuando se utilizan sales de amonio cuaternario como extractantes, la mayor parte del itrio permanecerá en la fase acuosa. Cuando el contraión es nitrato, se eliminan los lantánidos ligeros, y cuando el contraión es tiocianato, se eliminan los lantánidos pesados. De esta manera, se obtienen sales de itrio con una pureza del 99,999%. En la situación habitual, donde el itrio está en una mezcla que es dos tercios de lantánido pesado, el itrio debe eliminarse lo antes posible para facilitar la separación de los elementos restantes.

La producción mundial anual de óxido de itrio había alcanzado las 600 toneladas (660 toneladas cortas ) en 2001; en 2014 había aumentado a 6.400 toneladas (7.000 toneladas cortas). [51] [67] En 2014, se estimó que las reservas mundiales de óxido de itrio superaban las 450.000 toneladas (500.000 toneladas cortas). Los principales países en cuanto a estas reservas eran Australia, Brasil, China, India y Estados Unidos. [67] Cada año se producen solo unas pocas toneladas de itrio metálico reduciendo el fluoruro de itrio a una esponja metálica con una aleación de calcio y magnesio . La temperatura de un horno de arco , superior a 1.600 °C, es suficiente para fundir el itrio. [51] [66]

Aplicaciones

Consumidor

Cuarenta columnas de puntos ovalados, de 30 puntos de altura. Primero rojo, luego verde y luego azul. Las columnas de rojo comienzan con solo cuatro puntos rojos desde abajo y aumentan con cada columna hacia la derecha.
El itrio es uno de los elementos que se utilizaban para crear el color rojo en los televisores CRT .

El componente rojo de los tubos de rayos catódicos de televisión en color se emite típicamente desde un átomo de itrio ( Y
2Oh
3) o sulfuro de óxido de itrio ( Y
2Oh
2S ) red anfitriona dopada con fósforos de catión europio (III) (Eu 3+ ) . [15] [9] [i] El color rojo en sí es emitido por el europio mientras que el itrio recoge energía del cañón de electrones y la pasa al fósforo. [68] Los compuestos de itrio pueden servir como redes anfitrionas para dopar con diferentes cationes lantánidos . Tb 3+ se puede utilizar como agente dopante para producir luminiscencia verde . Como tales, los compuestos de itrio como el granate de itrio y aluminio (YAG) son útiles para los fósforos y son un componente importante de los LED blancos .

La itria se utiliza como aditivo de sinterización en la producción de nitruro de silicio poroso . [69]

Los compuestos de itrio se utilizan como catalizador para la polimerización de etileno . [15] Como metal, el itrio se utiliza en los electrodos de algunas bujías de alto rendimiento . [70] El itrio se utiliza en mantos de gas para linternas de propano como reemplazo del torio , que es radiactivo . [71]

Granates

Varilla láser Nd:YAG de 0,5 cm (0,20 pulgadas) de diámetro

El itrio se utiliza en la producción de una gran variedad de granates sintéticos , [72] y la itria se utiliza para fabricar granates de itrio y hierro ( Y
3Fé
5Oh
12, "YIG"), que son filtros de microondas muy eficaces [15] que recientemente se ha demostrado que tienen interacciones magnéticas más complejas y de mayor alcance de lo que se entendía en las cuatro décadas anteriores. [73] Los granates de itrio, hierro , aluminio y gadolinio (por ejemplo, Y 3 (Fe,Al) 5 O 12 e Y 3 (Fe,Gd) 5 O 12 ) tienen propiedades magnéticas importantes . [15] El YIG también es muy eficiente como transmisor y transductor de energía acústica. [74] El granate de itrio y aluminio ( Y
3Alabama
5Oh
12o YAG) tiene una dureza de 8,5 y también se utiliza como piedra preciosa en joyería ( diamante simulado ). [15] Los cristales de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (YAG:Ce) se utilizan como fósforos para fabricar LED blancos . [75] [76] [77]

El YAG, el itrio, el fluoruro de itrio y litio (LiYF 4 ) y el ortovanadato de itrio (YVO 4 ) se utilizan en combinación con dopantes como el neodimio , el erbio y el iterbio en láseres de infrarrojo cercano . [78] [79] Los láseres YAG pueden funcionar a alta potencia y se utilizan para perforar y cortar metal. [62] Los monocristales de YAG dopado normalmente se producen mediante el proceso Czochralski . [80]

Mejorador de materiales

Se han utilizado pequeñas cantidades de itrio (0,1 a 0,2%) para reducir el tamaño de grano del cromo , molibdeno , titanio y circonio . [81] El itrio se utiliza para aumentar la resistencia de las aleaciones de aluminio y magnesio . [15] La adición de itrio a las aleaciones generalmente mejora la trabajabilidad, agrega resistencia a la recristalización a alta temperatura y mejora significativamente la resistencia a la oxidación a alta temperatura (ver la discusión sobre los nódulos de grafito a continuación). [68]

El itrio se puede utilizar para desoxidar el vanadio y otros metales no ferrosos . [15] El itrio estabiliza la forma cúbica de la zirconia en joyería. [82]

El itrio se ha estudiado como nodulizante en hierro fundido dúctil , formando el grafito en nódulos compactos en lugar de escamas para aumentar la ductilidad y la resistencia a la fatiga. [15] Al tener un alto punto de fusión , el óxido de itrio se utiliza en algunas cerámicas y vidrios para impartir resistencia a los golpes y propiedades de baja expansión térmica . [15] Esas mismas propiedades hacen que dicho vidrio sea útil en lentes de cámaras . [51]

Médico

El radioisótopo itrio-90 ( 90 Y) se utiliza para marcar medicamentos como edotreótido e ibritumomab tiuxetan para el tratamiento de varios tipos de cáncer , incluidos linfoma , leucemia , cáncer de hígado, de ovario, colorrectal, de páncreas y de huesos. [53] Funciona al adherirse a anticuerpos monoclonales , que a su vez se unen a las células cancerosas y las matan mediante una intensa radiación β del 90 Y (ver terapia con anticuerpos monoclonales ). [83]

Se utiliza una técnica llamada radioembolización para tratar el carcinoma hepatocelular y la metástasis hepática . La radioembolización es una terapia dirigida contra el cáncer de hígado de baja toxicidad que utiliza millones de pequeñas perlas hechas de vidrio o resina que contienen 90 Y. Las microesferas radiactivas se administran directamente a los vasos sanguíneos que alimentan tumores, segmentos o lóbulos hepáticos específicos. Es mínimamente invasiva y los pacientes generalmente pueden recibir el alta después de unas horas. Este procedimiento puede no eliminar todos los tumores en todo el hígado, pero funciona en un segmento o un lóbulo a la vez y puede requerir múltiples procedimientos. [84]

Véase también radioembolización en el caso de cirrosis combinada y carcinoma hepatocelular.

Las agujas hechas de 90 Y, que pueden cortar con mayor precisión que los bisturís, se han utilizado para cortar nervios transmisores de dolor en la médula espinal , [34] y el 90 Y también se utiliza para realizar sinovectomía con radionúclidos en el tratamiento de articulaciones inflamadas, especialmente rodillas, en personas con afecciones como la artritis reumatoide . [85]

Se ha utilizado un láser de itrio-aluminio-granate dopado con neodimio en una prostatectomía radical experimental asistida por robot en caninos en un intento de reducir el daño tisular y nervioso colateral, [86] y los láseres dopados con erbio se están empezando a utilizar para el rejuvenecimiento cosmético de la piel. [9]

Superconductores

Pastillas de color gris oscuro sobre un vidrio de reloj. Una pieza cúbica del mismo material encima de las pastillas.
Superconductor YBCO

El itrio es un ingrediente clave en el superconductor de óxido de itrio, bario y cobre (YBa 2 Cu 3 O 7 , también conocido como 'YBCO' o '1-2-3') desarrollado en la Universidad de Alabama en Huntsville y la Universidad de Houston en 1987. [49] Este superconductor es notable porque la temperatura de superconductividad operativa está por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77,1 K). [49] Dado que el nitrógeno líquido es menos costoso que el helio líquido requerido para los superconductores metálicos, los costos operativos para las aplicaciones serían menores.

El material superconductor real se suele escribir como YBa 2 Cu 3 O 7– d , donde d debe ser menor que 0,7 para que sea superconductivo. La razón de esto aún no está clara, pero se sabe que las vacantes se producen solo en ciertos lugares del cristal, los planos y cadenas de óxido de cobre, lo que da lugar a un estado de oxidación peculiar de los átomos de cobre, que de alguna manera conduce al comportamiento superconductor.

La teoría de la superconductividad a baja temperatura se conoce bien desde la teoría BCS de 1957. Se basa en una peculiaridad de la interacción entre dos electrones en una red cristalina. Sin embargo, la teoría BCS no explica la superconductividad a alta temperatura y su mecanismo preciso sigue siendo un misterio. Lo que sí se sabe es que la composición de los materiales de óxido de cobre debe controlarse con precisión para que se produzca la superconductividad. [87]

Este superconductor es un mineral multicristalino, multifásico y de color negro y verde. Los investigadores están estudiando una clase de materiales conocidos como perovskitas , que son combinaciones alternativas de estos elementos, con la esperanza de desarrollar un superconductor práctico para altas temperaturas . [62]

Baterías de litio

El itrio se utiliza en pequeñas cantidades en los cátodos de algunas baterías de fosfato de hierro y litio (LFP), que luego se denominan comúnmente química LiFeYPO 4 o LYP. Similares a las LFP , las baterías LYP ofrecen una alta densidad de energía , buena seguridad y larga vida. Pero las LYP ofrecen una mayor estabilidad del cátodo y prolongan la vida de la batería, al proteger la estructura física del cátodo , especialmente a temperaturas más altas y una mayor corriente de carga/descarga. Las baterías LYP se utilizan en aplicaciones estacionarias ( sistemas solares fuera de la red ), vehículos eléctricos (algunos automóviles), así como otras aplicaciones (submarinos, barcos), similares a las baterías LFP, pero a menudo con una seguridad mejorada y un tiempo de vida útil del ciclo. Las celdas LYP tienen esencialmente el mismo voltaje nominal que las LFP, 3,25  V, pero el voltaje de carga máximo es de 4,0  V, [88] y las características de carga y descarga son muy similares. [89]

Otras aplicaciones

En 2009, el profesor Mas Subramanian y sus asociados de la Universidad Estatal de Oregón descubrieron que el itrio se puede combinar con indio y manganeso para formar un pigmento intensamente azul , no tóxico, inerte y resistente a la decoloración , el azul YInMn , el primer pigmento azul nuevo descubierto en 200 años.

Precauciones

El itrio puede ser altamente tóxico para humanos, animales y plantas. [10] Los compuestos solubles en agua del itrio se consideran levemente tóxicos, mientras que sus compuestos insolubles no son tóxicos. [53] En experimentos con animales, el itrio y sus compuestos causaron daño pulmonar y hepático, aunque la toxicidad varía con diferentes compuestos de itrio. En ratas, la inhalación de citrato de itrio causó edema pulmonar y disnea , mientras que la inhalación de cloruro de itrio causó edema hepático, derrames pleurales e hiperemia pulmonar. [10]

La exposición a compuestos de itrio en humanos puede causar enfermedades pulmonares. [10] Los trabajadores expuestos al polvo de vanadato de europio e itrio en el aire experimentaron una leve irritación en los ojos, la piel y las vías respiratorias superiores, aunque esto puede ser causado por el contenido de vanadio en lugar del itrio. [10] La exposición aguda a compuestos de itrio puede causar dificultad para respirar, tos, dolor en el pecho y cianosis . [10] La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) limita la exposición al itrio en el lugar de trabajo a 1 mg/m 3 (5,8 × 10 −10  oz/cu in ) durante una jornada laboral de 8 horas. El límite de exposición recomendado (REL) del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) es de 1 mg/m 3 (5,8 × 10 −10  oz/cu in) durante una jornada laboral de 8 horas. En niveles de 500 mg/m 3 (2,9 × 10 −7  oz/cu in), el itrio es inmediatamente peligroso para la vida y la salud . [90] El polvo de itrio es altamente inflamable. [10]

Véase también

Notas

  1. ^ La expansión térmica es anisotrópica : los parámetros (a 20 °C) para cada eje del cristal son α a  = 7,42 × 10 −6 /K, α c  = 18,80 × 10 −6 /K, y α promedio = α V /3 = 11,21 × 10 −6 /K. [3]
  2. ^ Básicamente, un neutrón se convierte en un protón mientras que se emiten un electrón y un antineutrino .
  3. ^ Ver: número mágico
  4. ^ Los isómeros metaestables tienen estados de energía superiores a los normales que el núcleo no excitado correspondiente y estos estados duran hasta que el isómero emite un rayo gamma o un electrón de conversión . Se los designa con una "m" junto al número de masa del isótopo.
  5. ^ La iterbita recibió su nombre del pueblo cercano al que fue descubierta, más la terminación -ita para indicar que era un mineral.
  6. ^ Stwertka 1998, p. 115 dice que la identificación se produjo en 1789, pero no dice cuándo se hizo el anuncio. Van der Krogt 2005 cita la publicación original, con el año 1794, de Gadolin.
  7. ^ A las tierras se les da una terminación -a y a los nuevos elementos normalmente se les da una terminación -ium.
  8. ^ T c para YBCO es 93 K y el punto de ebullición del nitrógeno es 77 K.
  9. ^ Emsley 2001, p. 497 dice que "el oxisulfuro de itrio, dopado con europio (III), se utilizó como el componente rojo estándar en los televisores en color", y Jackson y Christiansen (1993) afirman que se necesitaban entre 5 y 10 g de óxido de itrio y entre 0,5 y 1 g de óxido de europio para producir una sola pantalla de televisión, como citan Gupta y Krishnamurthy.

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Lectura adicional

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  • Patente estadounidense 5734166, Czirr John B., "Detector de neutrones de baja energía basado en centelleadores de borato de lantánido de litio", expedida el 31 de marzo de 1998, asignada a Mission Support Inc. 
  • "Estroncio: efectos del estroncio-90 sobre la salud". Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. 31 de julio de 2008. Consultado el 26 de agosto de 2008 .
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