Iterbio: estructura, propiedades, usos, obtención
El iterbio es elemento que pertenece al grupo de los lantánidos, de las tierras raras, cuyo símbolo químico es Yb. Es un metal blanco plateado, dúctil y maleable. Reacciona lentamente con el agua fría, pero rápidamente con el agua caliente originando un hidróxido y liberando hidrógeno.
Se disuelve rápidamente en los ácidos concentrados y diluidos, liberando hidrógeno. Pero no es disuelto por el ácido fluorhídrico, con el cual origina una capa protectora en la superficie del metal. El iterbio es el lantánido con el menor punto de ebullición.
El iterbio fue descubierto en 1878 por el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac. Galissard calentó nitrato de erbio, obteniendo un polvo blanco desconocido al que llamó iterbia y sospechó que se trataba del compuesto de un elemento nuevo al que bautizó como ‘iterbio’ por la villa sueca de Ytterby.
Entre los años de 1907 y 1908, el químico francés Georges Urbain y el químico alemán Carl Auer von Welsbach, hallaron en forma independiente, que en la iterbia de Marignac había dos elementos químicos: el iterbio y el lutecio.
El iterbio es un metal de pocas aplicaciones, siendo una de ellas como dopaje del acero inoxidable.
Índice del artículo
- 1 Estructura
- 2 Configuración electrónica
- 3 Propiedades del iterbio
- 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 Compuestos y reactividad
- 4 Usos
- 5 Obtención
- 6 Isótopos
- 7 Referencias
El iterbio presenta tres formas alotrópicas: la fase α, predominante por debajo de 7ºC y cuya estructura cristalina es hexagonal compacta (hcp); la forma β, existente a temperatura ambiente y con una estructura cúbica centrada en las caras (fcc); y la fase γ, generada a altas temperaturas (795 ºC) y con estructura cúbica centrada en el cuerpo.
En la fase β, el iterbio se comporta como un conductor eléctrico metálico, pero su resistividad y la resistencia eléctrica aumentan bajo presiones muy elevadas (16 GPa o 16000 atm).
El iterbio posee la siguiente configuración electrónica:
[Xe] 4f14 6s2
Como puede verse, todos sus orbitales 4f están llenos de electrones, encontrándose casi al final de la serie lantánida. Al no tener electrones en sus orbitales 5d, y habiendo ninguna vacancia electrónica en sus átomos, es probable que estas sean la razón de por qué sus propiedades físicas (densidad y punto de fusión) difieran de las de sus congéneres o los otros lantánidos.
Metal brillante de color blanco con tinte amarillo pálido. Es suave, maleable y dúctil. Su brillo se empaña lentamente cuando se expone al aire y a la humedad.
70
173.045 g/mol
824 ºC.
1196 ºC. Posee el punto de ebullición más bajo entre los lantánidos, por lo que se le considera el más “volátil”.
6.90 g/cm3 (fase α)
6.96 g/cm3 (fase β)
6.57 g/cm3 (fase γ)
7.66 kJ/mol
129 kJ/mol
26.74 J/(mol·K)
El iterbio tiene los siguientes estados de oxidación: +1 (Yb+), +2 (Yb2+) y +3 (Yb3+), siendo este último el más predominante, al igual que como casi todos los otros lantánidos.
1.06 en escala Alfred Rochow
Primera: 603.4 kJ/mol
Segunda: 1174.8 kJ/mol
Tercera: 2417 kJ/mol
El iterbio es paramagnético por encima de 1 K. Tiene la susceptibilidad magnética más baja entre los metales de las tierras raras.
En la mayoría de sus compuestos el iterbio emplea su estado de oxidación +3, aunque en algunos casos utiliza el estado de oxidación +2. El iterbio es un elemento reactivo que reacciona lentamente con el agua fría, pero lo hace rápidamente con el agua caliente, originando un hidróxido e hidrógeno:
2 Yb (s) + 6 H2O (l) → 2 Yb(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
El iterbio es disuelto fácilmente por los ácidos con la liberación de hidrógeno. Asimismo, reacciona con el hidrógeno para formar varios hidruros (YbHx). El iterbio se combina con los halógenos para la formación de haluros, utilizando su estado de oxidación 3+ (YbF3, YbCl3, etc.).
El ion de iterbio Yb3+ es incoloro al igual que la iterbia (Yb2O3) y las sales que forma. Sin embargo, el ion Yb2+ es de color amarillo verdoso y es un agente muy reactivo que forma sales de color verde pálido con el sulfato, el bromuro, y el carbonato.
El iterbio en polvo puede arder a una temperatura de 400 ºC, emitiendo un humo tóxico.
El iterbio se usa como agente dopante del acero inoxidable con el fin de mejorar su resistencia, el refinamiento del grano y las propiedades mecánicas.
En láseres de disco y fibra de doble revestimiento, se utiliza iones los Yb3+ como dopantes de fibras ópticas, al igual que en cristales y cerámicas.
El iterbio forma parte del Retroplast, una resina compuesta que se adhiere a la dentina. El Retroplast es una mezcla de dos componentes A y B, siendo el trifluoruro de iterbio parte del componente B.
El iterbio tiene la propiedad de aumentar su resistencia eléctrica al aumentar la presión que experimenta a valores muy altos, tal como lo que ocurre en los terremotos y en las explosiones subterráneas. Por lo tanto, se puede utilizar circuitos eléctricos que incluyen al iterbio con el fin de detectar las sacudidas terrestres.
El isotopo del iterbio 69Yb es utilizado como fuente de radiación gamma, la cual tiene propiedades semejantes a los rayos X, en lo que respecta a su poder de penetración. Por esta razón, se usa al isótopo-69 del iterbio como una fuente portátil de rayos X en los sitios carentes de electricidad, utilizable en pequeños objetos.
El iterbio tiene una banda de absorción en la zona del infrarrojo del espectro electromagnético, por lo que se utiliza en las celdas solares para convertir la radiación infrarroja en electricidad.
El iterbio está presente en los minerales monacita, euxenita y xenotima, presentando una abundancia estimada en la corteza terrestre de 3 ppm. El primer paso es la trituración del mineral, generalmente monacita, lixiviándose luego los elementos de tierras raras con ácido sulfúrico y otros ácidos.
La solución neutralizada se coloca en contacto con una resina de intercambio, uniéndose a ella los elementos de la tierra rara al interaccionar con grupos químicos presentes en la resina. Luego, se separa el iterbio de la resina mediante el uso de una sustancia acomplejante específica.
Otro método de obtención del iterbio es realizando una reducción con una amalgama de sodio-mercurio. Seguidamente, esta amalgama se trata con ácido clorhídrico, extrayéndose el metal con oxalato y convirtiéndose en su óxido mediante calentamiento.
Por último, el iterbio metálico es obtenido de su óxido llevando a cabo su reducción por calentamiento en presencia de circonio, aluminio u otros elementos, para purificarse finalmente por sublimación.
El iterbio tiene un total de 34 isótopos: 7 estables y 27 radiactivos. El grupo de los isótopos estables está constituido por 168 Yb, 170Yb, 171Yb, 172Yb, 173Yb, 174Yb, y 176Yb, de los cuales el que se encuentra en mayor proporción es el isótopo 174Yb, con un 31,896 % de abundancia.
El isótopo radiactivo 169Yb posee la vida media de mayor duración (32.026 días), mientras que el resto de los isotopos radiactivos tienen una vida media corta o muy corta.
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