Itrio: estructura, propiedades, usos, obtención
El itrio es un metal de transición que pertenece al grupo 3 de la tabla periódica, y cuyo símbolo químico es Y. Aunque no forma parte de la serie lantánida, muchas veces se le considera unos de los elementos de las tierras raras, pues se le encuentra en los mismos minerales que los lantánidos, y posee además propiedades químicas semejantes.
El itrio y los lantánidos están presentes en los mismos minerales, entre ellos la bastnäsita y la monacita. Se trata de un metal relativamente estable en el aire, debido a una capa de su óxido que le confiere protección, pero se oxida rápidamente en el aire caliente.
Forma compuestos predominantemente con el estado de oxidación +3 (Y3+), tales como el óxido de itrio, Y2O3, y compuestos solubles o insolubles en el agua.
El itrio fue descubierto en 1794 por Johan Gadolin, un científico finlandés que analizó un mineral oscuro entregado por el mismo Carl Arrhenius. Gadolin encontró en el mineral un elemento desconocido, siendo confirmados sus hallazgos por el químico sueco Anders Ekeberg, quien nombró ‘itria’ al óxido del nuevo metal, mientras que al metal lo denominó ‘itrio’.
Por sí solo, en su forma metálica, no posee demasiados usos, sino que sirve como aditivo para numerosas aleaciones. En cambio, su óxido sí presenta muchas aplicaciones en lo que respecta a los materiales, tales como vidrios y cerámicas, además de componer un pigmento azulado descubierto en tiempos modernos.
Índice del artículo
- 1 Estructura
- 2 Configuración electrónica
- 3 Propiedades del itrio
- 3.1 Apariencia física
- 3.2 Número atómico
- 3.3 Masa molar
- 3.4 Punto de fusión
- 3.5 Punto de ebullición
- 3.6 Densidad
- 3.7 Calor de fusión
- 3.8 Calor de vaporización
- 3.9 Capacidad calórica molar
- 3.10 Estados de oxidación
- 3.11 Electronegatividad
- 3.12 Energías de ionización
- 3.13 Orden magnético
- 3.14 Reactividad y compuestos
- 4 Usos
- 5 Obtención
- 6 Isótopos
- 7 Referencias
Los átomos de itrio se unen gracias al enlace metálico para formar una estructura hexagonal compacta (hcp). Esta estructura corresponde a una de sus dos formas alotrópicas: la fase α, la cual es estable a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando los cristales de itrio se calientan a 1478 ºC, adoptan una estructura cúbica, denominada fase β.
El itrio presenta la siguiente configuración electrónica:
[Kr] 4d1 5s2
Por lo tanto, tiene tres electrones de valencia con los cuales establecer su enlace metálico. Asimismo, puede perder estos tres electrones para transformarse en el catión Y3+, el cual es isoelectrónico con el gas noble criptón.
Metal sólido de color blanco plateado, lustroso y altamente cristalino, inodoro, que puede conseguirse como polvo gris oscuro.
39
89.905 g/mol
1526 ºC
2930 ºC
4.472 g/cm3
11.42 kJ/mol
363 kJ/mol
26.53 J/(mol·K)
El itrio puede participar en sus compuestos con cualquiera de los siguientes estados de oxidación: 0, +1, +2 y +3, siendo el +3 el más común por tratarse de un elemento del grupo 3.
1.22 en la escala de Pauling
Primera: 600 kJ/mol
Segunda: 1180 kJ/mol
Tercera: 1980 kJ/mol
Es un metal paramagnético, sin embargo se convierte en un superconductor a una temperatura de -271,9 ºC y bajo presiones superiores a los 110 kilobares.
El elemento puro es bastante estable, debido a que el óxido de itrio, Y2O3, forma sobre la superficie del metal una capa protectora. Sin embargo, puede oxidarse rápidamente en el aire a temperaturas mayores a los 450 ºC. Si se encuentra pulverizado, arde todavía a menores temperaturas.
El itrio forma compuestos inorgánicos con el estado de oxidación +3; por ejemplo: Y2O3, Y(OH)3, Y2(C2O4)3, YPO4, YF3, etc.
Reacciona rápidamente con los ácidos fuertes, a excepción de los ácidos nítrico y fluorhídrico. Asimismo, reacciona con los halógenos a temperaturas superiores a 200 ºC, para formar haluros.
Por otro lado, a temperaturas elevadas forma compuestos binarios con el fósforo, el selenio, el carbono, el fósforo, el silicio y el azufre. El itrio puede formar parte de compuestos químicos orgánicos.
El ión itrio, Y3+, es incoloro en solución, al igual que su óxido, el tricloruro, el sulfato y el carbonato.
El óxido de itrio o el sulfuro de itrio, Y2S3, dopados con el elemento europio, intervienen en la producción del color rojo en los televisores a color que usan tubos catódicos.
El granate de itrio y aluminio (YAG), dopado con cerio, se emplea en los fósforos y en los LED blancos. También se utiliza, dada su dureza, como imitación del diamante. Además, el láser de YAG, debido a su energía, es utilizado para perforar y cortar metales.
Mientras, el granate de itrio y hierro (YIG) se utiliza como filtro de microondas y en la transmisión de la energía acústica.
El itrio se emplea para aumentar la resistencia de las aleaciones de aluminio y magnesio. El óxido de itrio, mientras, se combina con el óxido de circonio para formar una aleación que interviene en la formación de una cerámica muy resistente; cerámica empleada en electrónica, así como en la formación de una barrera térmica para los motores a reacción.
Una aleación del itrio con cromo y aluminio se utiliza en la producción de un conductor eléctrico muy resistente al calor.
El isótopo radiactivo del itrio, 90Y, ha sido empleado en al tratamiento de muchos tipos de cáncer. El 90Y es un emisor radiactivo de partículas β con una vida media de 2.67 días (64.1 horas).
Se utiliza en el tratamiento de diferentes tipos de cáncer, tales como el linfoma y la leucemia, que afectan a los leucocitos. Asimismo, para el cáncer hepático, ovárico, colon-rectal, pancreático y óseo.
El 90Y es administrado, utilizando varias modalidades, a través de los vasos sanguíneos que conducen la sangre hacia los tejidos donde está presente el tumor canceroso.
Se puede unir a anticuerpos monoclonales dirigidos específicamente contra las células tumorales. Al unirse los anticuerpos a las células tumorales, permite la fijación del 90Y a ellas, permitiendo así su destrucción. También se utilizan micro esferas para transportar el isótopo al tejido canceroso.
Esta técnica se llama de radioembolización, y las esferas contentivas del 90Y son inyectadas en los vasos sanguíneos que llevan al tejido canceroso hepático. Además, se une el 90Y a agujas diminutas empleadas en el tratamiento de articulaciones inflamadas, especialmente de las rodillas.
El itrio se utiliza en la producción del nitruro de silicio, compuesto utilizado en la elaboración de una cerámica de una dureza de 8.5 (escala de Mohs), empleada en piezas de horno. El óxido de itrio se utiliza en la fabricación de un vidrio y una cerámica con baja expansión térmica.
Uno de los usos relativamente más reciente (2009) del itrio es como componente en la preparación de un pigmento: azul YInMn (imagen de arriba), descubierto por investigadores de la Universidad de Oregón. Su fórmula es YIn1-xMnxO3, y por lo tanto su estructura cristalina está compuesta por los óxidos de itrio, indio y manganeso.
El azul YInMn es el último pigmento en haber sido descubierto después del azul de cobalto, CoAl2O4, doscientos años atrás, en 1802. Se caracteriza, como puede apreciarse, por sus colores vibrantes y modificables. Además, se trata de un pigmento estable y no tóxico.
Hay compuestos de itrio que son usados como catalizadores para la polimerización del etileno. El itrio metálico se utiliza para la elaboración de electrodos en bujías de alto rendimiento. También se emplea para desoxidar el vanadio y otros metales no ferrosos.
El itrio forma parte de un superconductor de óxido de cobre, bario e itrio, conocido como “YBCO”. En este superconductor se emplea nitrógeno líquido para disminuir la temperatura en lugar del helio, lo que permite por lo tanto disminuir los costos.
El itrio se incorpora a los cátodos de algunas baterías de fosfato de hierro y litio (LFP).
El itrio tiene una abundancia de 33 ppm en la corteza terrestre. Se halla formando parte de algunos minerales junto con elementos de las tierras raras. Es explotado comercialmente a partir de la monacita, la cual contiene un 3% del metal, y de la bastnäsita, con un 0.2 % del mismo.
No obstante, se encuentra también en minerales como la gadolinita, la euxenita, y la xenotima de Malasia, que contiene hasta un 60% de itrio en forma de fosfato.
El óxido de itrio puede obtenerse de una mezcla con óxidos de elementos de las tierras raras, disolviendo el material que los contiene en ácido sulfúrico y luego fraccionándolos mediante cromatografía de intercambio iónico.
El itrio puede ser purificado mediante un método que usa el ácido oxálico y que en última instancia produce fluoruro de itrio, previa intervención del fluoruro de hidrógeno. El fluoruro de itrio se reduce en itrio metálico mediante reducción utilizando el calcio como agente reductor a temperaturas elevadas.
El itrio tiene un total de 33 isótopos, cuyas masas varían desde el 76Y al 108y. El único isótopo estable es el 89Y, mientras que los restantes isótopos son radiactivos, siendo la mayoría emisores de partículas beta (β– y β+). El isótopo radiactivo menos estable es el 106Y, con una vida media menor a los 150 nanosegundos.
Mientras, el isótopo radiactivo más estable es el 88Y, con una vida media de 106.626 días. La mayoría de los isótopos radiactivos del itrio tienen una vida media menor a 1 hora.
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgánica. (cuarta edición). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2020). Yttrium. Recuperado de: en.wikipedia.org
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2020). Yttrium. Recuperado de: britannica.com
- Dr. Doug Stewart. (2020). Yttrium Element Facts. Recuperado de: chemicool.com
- Advameg. (2020). Yttrium Chemical Element. Recuperado de: chemistryexplained.com
- Lenntech B.V. (2020). Yttrium. Recuperado de: lenntech.com
- Live Science Staff. (24 de agosto de 2018). Facts About Yttrium. Recuperado de: livescience.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (25 de agosto de 2020). Yttrium Facts – Y Element. Recuperado: de: thoughtco.com
- Los Alamos National Laboratory. (2016). Yttrium. Recuperado de: periodic.lanl.gov