Itrio - Yttrium
Itrio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronunciación |
/ Ɪ t r i ə m / |
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Apariencia | blanco plateado | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atómico estándar A r, std (Y) | 88.905 84 (1) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Itrio en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Número atómico ( Z ) | 39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cuadra | bloque d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electronica | [ Kr ] 4d 1 5s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrones por capa | 2, 8, 18, 9, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase en STP | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de fusion | 1799 K (1526 ° C, 2779 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | 3203 K (2930 ° C, 5306 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad (cerca de rt ) | 4,472 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cuando es líquido (a mp ) | 4,24 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusión | 11,42 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de vaporización | 363 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica molar | 26,53 J / (mol · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor
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Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | 0, +1, +2, +3 (un óxido débilmente básico ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | Escala de Pauling: 1,22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energías de ionización | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio atómico | empírico: 180 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 190 ± 7 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Líneas espectrales de itrio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocurrencia natural | primordial | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | hexagonal compacto (hcp) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad de sonido varilla fina | 3300 m / s (a 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expansión térmica | α, poli: 10,6 µm / (m⋅K) (a rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 17,2 W / (m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Resistividad electrica | α, poli: 596 nΩ⋅m (a rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Orden magnético | paramagnético | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Susceptibilidad magnética molar | +2,15 × 10 −6 cm 3 / mol (2928 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El módulo de Young | 63,5 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de corte | 25,6 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de volumen | 41,2 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Relación de Poisson | 0,243 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Brinell | 200–589 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-65-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Historia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nombrar | después de Ytterby (Suecia) y su mineral iterbita (gadolinita) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descubrimiento | Johan Gadolin (1794) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Primer aislamiento | Friedrich Wöhler (1838) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos principales del itrio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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El itrio es un elemento químico con el símbolo Y y número atómico 39. Es un metal de transición plateado-metálico químicamente similar a los lantánidos y a menudo se ha clasificado como un " elemento de tierras raras ". El itrio casi siempre se encuentra en combinación con elementos lantánidos en minerales de tierras raras y nunca se encuentra en la naturaleza como elemento libre. 89 Y es el único isótopo estable y el único isótopo que se encuentra en la corteza terrestre .
Los usos más importantes del itrio son los LED y los fósforos , en particular los fósforos rojos en las pantallas de tubos de rayos catódicos de los televisores . El itrio también se utiliza en la producción de electrodos , electrolitos , filtros electrónicos , láseres , superconductores , diversas aplicaciones médicas y el rastreo de diversos materiales para mejorar sus propiedades.
El itrio no tiene ningún papel biológico conocido . La exposición a compuestos de itrio puede provocar enfermedades pulmonares en los seres humanos.
El elemento lleva el nombre de iterbita , un mineral identificado por primera vez en 1787 por el químico Arrhenius . Llamó al mineral por el pueblo de Ytterby , en Suecia , donde había sido descubierto. Cuando más tarde se descubrió que uno de los productos químicos de la iterbita era el elemento no identificado anteriormente, el itrio, el elemento recibió el nombre del mineral.
Caracteristicas
Propiedades
Itrio es un suave, plata metálica, brillante y altamente cristalino de metal de transición en el grupo 3 . Como es de esperar 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 ; además, es más electronegativo que el lantano , pero menos electronegativo que el lutecio debido a la contracción del lantánido . El itrio es el primer elemento del bloque d en el quinto período.
El elemento puro es relativamente estable en el aire a granel, debido a la pasivación de un óxido protector ( Y
2O
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 . Sin embargo, cuando está finamente dividido, el itrio es muy inestable en el aire; Las virutas o virutas del metal pueden arder en el aire a temperaturas superiores a 400 ° C. El nitruro de itrio (YN) se forma cuando el metal se calienta a 1000 ° C en nitrógeno .
Similitud con los lantánidos
Las similitudes del itrio con los lantánidos son tan fuertes que históricamente el elemento se ha agrupado con ellos como un elemento de tierras raras , y siempre se encuentra en la naturaleza junto con ellos en minerales de tierras raras . Químicamente, el itrio se parece más a esos elementos que su vecino de la tabla periódica, el escandio , y si las propiedades físicas se graficaran frente al número atómico , tendría un número aparente de 64,5 a 67,5, colocándolo entre los lantánidos gadolinio y erbio .
A menudo también se encuentra en el mismo rango de orden de reacción, y se asemeja al terbio y al disprosio en su reactividad química. El itrio tiene un tamaño tan cercano al llamado 'grupo del itrio' de iones lantánidos pesados que, en solución, se comporta como si fuera uno de ellos. 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 .
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, sólo para cuatro de los quince lantánidos son estas otras valencias importantes en solución acuosa ( Ce IV , Sm II , Eu II e Yb II ).
Compuestos y reacciones
Como metal de transición trivalente, el itrio forma varios compuestos inorgánicos , generalmente en el estado de oxidación de +3, al ceder sus tres electrones de valencia . Un buen ejemplo es el óxido de itrio (III) ( Y
2O
3), también conocida como itria, un sólido blanco de seis coordenadas .
El itrio forma un fluoruro , hidróxido y oxalato insolubles en agua , pero su bromuro , cloruro , yoduro , nitrato y sulfato son todos solubles en agua. El ion Y 3+ es incoloro en solución debido a la ausencia de electrones en las capas de electrones dy f .
El agua reacciona fácilmente con el itrio y sus compuestos para formar Y
2O
3. Los ácidos nítrico y fluorhídrico concentrados no atacan rápidamente al itrio, pero otros ácidos fuertes sí lo hacen.
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. De manera similar, el carbono , el fósforo , el selenio , el silicio y el azufre forman compuestos binarios con el itrio a temperaturas elevadas.
La química del organoyitrio es el estudio de compuestos que contienen enlaces carbono-itrio. Se sabe que algunos de estos tienen itrio en el estado de oxidación 0. (El estado +2 se ha observado en las fundiciones de cloruro y +1 en los grupos de óxidos en la fase gaseosa). Algunas reacciones de trimerización se generaron con compuestos de organoittrio como catalizadores. Estas síntesis usan YCl
3como material de partida, obtenido de Y
2O
3y ácido clorhídrico concentrado y cloruro de amonio .
Hapticidad es un término para describir la coordinación de un grupo de átomos contiguos de un ligando unido al átomo central; se indica con el carácter griego eta , η. Complejos de itrio fueron los primeros ejemplos de complejos donde carboranilo ligandos se unían al anuncio 0 centro -metal a través de un η 7 -hapticity. Vaporización de los compuestos de intercalación de grafito grafito – Y o grafito – Y
2O
3conduce a la formación de fullerenos endoédricos como Y @ C 82 . Los estudios de resonancia de espín electrónico indicaron la formación de pares de iones Y 3+ y (C 82 ) 3− . Los carburos Y 3 C, Y 2 C e YC 2 pueden hidrolizarse para formar hidrocarburos .
Isótopos y nucleosíntesis
El itrio en el Sistema Solar se creó a través de la nucleosíntesis estelar , principalmente mediante el proceso s (≈72%), pero también mediante el proceso r (≈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 lenta captura de neutrones de elementos más ligeros dentro de estrellas gigantes rojas pulsantes .
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 91 Y y 90 Y, con vidas medias de 58,51 días y 64 horas, respectivamente. Aunque el 90 Y tiene una vida media corta, existe en equilibrio secular con su isótopo padre de larga vida, el estroncio-90 ( 90 Sr) con una vida media de 29 años.
Todos los elementos del grupo 3 tienen un número atómico impar y, por lo tanto, pocos isótopos estables . El escandio tiene un isótopo estable , y el itrio en sí solo tiene un isótopo estable, 89 Y, que también es el único isótopo que se produce de forma natural. Sin embargo, las tierras raras de lantánidos contienen elementos de número atómico par y muchos isótopos estables. Se cree que el itrio-89 es más abundante de lo que sería, debido en parte al proceso s, que permite suficiente tiempo para que los isótopos creados por otros procesos se desintegran por emisión de electrones (neutrón → protón). 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. Se cree que esta estabilidad es el resultado de su sección transversal de captura de neutrones muy baja . ( Greenwood 1997 , págs. 12-13). La emisión de electrones de isótopos con esos números de masa es simplemente menos frecuente debido a esta estabilidad, lo que hace que tengan una mayor abundancia. 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 estos varían en número de masa atómica de 76 a 108. El menos estable de estos es 106 Y con una vida media de> 150 ns ( 76 Y tiene una vida media de> 200 ns) y el más estable es 88 Y con una vida media de 106,626 días. Aparte de los isótopos 91 Y, 87 Y y 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 un día. hora.
Los isótopos de itrio con números de masa iguales o inferiores a 88 se desintegran principalmente por emisión de positrones (protón → neutrón) para formar isótopos de estroncio ( Z = 38). Los isótopos de itrio con números de masa iguales o superiores a 90 se desintegran principalmente por emisión de electrones (neutrón → protón) para formar isótopos de circonio (Z = 40). También se sabe isótopos con números de masa en o por encima del 97 al tener caminos de desintegración menor de β - retrasado emisión de neutrones .
El itrio tiene al menos 20 isómeros metaestables ("excitados") que varían en número de masa de 78 a 102. Se han observado múltiples estados de excitación para 80 Y y 97 Y. Si bien se espera que la mayoría de los isómeros del itrio sean menos estables que su estado fundamental , 78m Y, 84m Y, 85m Y, 96m Y, 98m1 Y, 100m Y y 102m Y tienen vidas medias más largas que sus estados fundamentales, ya que estos isómeros se desintegran por desintegración beta en lugar de por transición isomérica .
Historia
En 1787, el químico a tiempo parcial Carl Axel Arrhenius encontró una pesada roca negra en una vieja cantera cerca del pueblo sueco de Ytterby (ahora parte del archipiélago de Estocolmo ). Pensando que era un mineral desconocido que contenía el elemento tungsteno recién descubierto , lo llamó ytterbite y envió muestras a varios químicos para su análisis.
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. Anders Gustaf Ekeberg confirmó la identificación en 1797 y nombró el nuevo óxido de itria . 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, que en este caso sería han sido itrio .
A Friedrich Wöhler se le atribuye el primer aislamiento del metal en 1828 al hacer reaccionar un cloruro volátil que él creía que era cloruro de itrio con potasio.
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 el tiempo). Un cuarto óxido, el óxido de iterbio , fue aislado en 1878 por Jean Charles Galissard de Marignac . Más tarde se aislaron nuevos elementos de cada uno de esos óxidos, y cada elemento recibió el nombre, de alguna manera, de Ytterby, el pueblo cerca de la cantera donde se encontraron (ver iterbio , terbio y erbio ). En las décadas siguientes, se descubrieron otros siete metales nuevos en el "itrio de Gadolin". Dado que se descubrió que la itria era un mineral y no un óxido, Martin Heinrich Klaproth la rebautizó como gadolinita en honor a Gadolin.
Hasta principios de la década de 1920, el símbolo químico Yt se usó para el elemento, después de lo cual Y se volvió de uso común.
En 1987, se descubrió que el óxido de itrio , bario y cobre alcanzaba una superconductividad a alta temperatura . Fue solo el segundo material conocido que exhibió esta propiedad, y fue el primer material conocido en lograr una superconductividad por encima del punto de ebullición (económicamente importante) del nitrógeno.
Ocurrencia
Abundancia
El itrio se encuentra en la mayoría de los minerales de tierras raras , se encuentra en algunos minerales de uranio , pero nunca se encuentra en la corteza terrestre como elemento libre. Aproximadamente 31 ppm de la corteza terrestre son itrio, lo que lo convierte en el elemento número 28 más abundante, 400 veces más común que la plata . El itrio se encuentra en el suelo en concentraciones entre 10 y 150 ppm (peso seco promedio de 23 ppm) y en el agua de mar a 9 ppt . Las muestras de rocas lunares recolectadas durante el Proyecto Apollo Americano tienen un contenido relativamente alto de itrio.
El itrio no tiene ningún papel biológico conocido, aunque se encuentra en la mayoría de los organismos, si no en todos, y tiende a concentrarse en el hígado, los riñones, el bazo, los pulmones y los huesos de los seres humanos. Normalmente, se encuentran tan solo 0,5 miligramos en todo el cuerpo humano; la leche materna humana contiene 4 ppm. 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. Con hasta 700 ppm, las semillas de plantas leñosas tienen las concentraciones más altas conocidas.
En abril de 2018, hay informes del descubrimiento de grandes reservas de elementos de tierras raras en una pequeña isla japonesa. La isla Minami-Torishima , también conocida como isla Marcus, tiene un "tremendo potencial" para los elementos de tierras raras y el itrio (REY), según un estudio publicado en Scientific Reports. "Este lodo rico en REY tiene un gran potencial como recurso de metales de tierras raras debido a la enorme cantidad disponible y sus características mineralógicas ventajosas", se lee en el estudio. El estudio muestra que más de 16 millones de toneladas de elementos de tierras raras podrían "explotarse en un futuro próximo". Incluido el itrio (Y), que se utiliza en productos como lentes de cámaras y pantallas de teléfonos móviles, los elementos de tierras raras que se encuentran son europio (Eu), terbio (Tb) y disprosio (Dy).
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 ligeros (LREE) y los pesados de tierras raras (HREE), pero la distinción no es perfecta. El itrio se concentra en el grupo HREE debido a su tamaño de iones, aunque tiene una masa atómica menor .
Los elementos de tierras raras (REE) provienen principalmente de cuatro fuentes:
- Los minerales que contienen carbonato y fluoruro como el bastnäsite LREE ([(Ce, La, etc.) (CO 3 ) F]) contienen un promedio de 0,1% de itrio en comparación con el 99,9% de los otros 16 REE. La principal fuente de bastnäsite desde la década de 1960 hasta la de 1990 fue la mina de tierras raras Mountain Pass en California, lo que convirtió a Estados Unidos en el mayor productor de REE durante ese período. El nombre "bastnäsite" es en realidad un nombre de grupo, y el sufijo Levinson se usa en los nombres minerales correctos, por ejemplo, bästnasite- (Y) tiene Y como elemento predominante.
- La monacita ([( Ce , La , etc.) PO 4 ]), que es principalmente fosfato, es un depósito de arena creado por el transporte y la separación gravitacional del granito erosionado. La monacita como mineral LREE contiene 2% (o 3%) 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. Del grupo de monacita, el miembro Ce-dominante, monacita- (Ce), es el más común.
- Xenotime , un fosfato REE, es el principal mineral HREE que contiene tanto como 60% de itrio como fosfato de itrio (YPO 4 ). Esto se aplica a xenotime- (Y). La mina más grande es el depósito de 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.
- Las arcillas de absorción de iones o arcillas Lognan son los productos de intemperismo del granito y contienen solo el 1% de REE. 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. El itrio también se encuentra en samarskita y fergusonita (que también significan nombres de grupos).
Un método para obtener itrio puro a partir de minerales de óxidos mixtos es disolver el óxido en ácido sulfúrico y fraccionarlo mediante cromatografía de intercambio iónico . Con la adición de ácido oxálico , el oxalato de itrio precipita. El oxalato se convierte en óxido calentando bajo oxígeno. Haciendo reaccionar el óxido de itrio resultante con fluoruro de hidrógeno , se obtiene fluoruro de itrio . 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 forma 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 lantánidos pesados, 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 en 2001; para 2014 había aumentado a 7.000 toneladas. Las reservas globales de óxido de itrio se estimaron en 2014 en más de 500.000 toneladas. Los países líderes en estas reservas fueron Australia, Brasil, China, India y Estados Unidos. Solo se producen unas pocas toneladas de itrio metálico cada año reduciendo el fluoruro de itrio a una esponja de metal con aleación de calcio y magnesio . La temperatura de un horno de arco superior a 1.600 ° C es suficiente para fundir el itrio.
Aplicaciones
Consumidor
El componente rojo de los tubos de rayos catódicos de la televisión en color se emite típicamente desde un itrio ( Y
2O
3) o sulfuro de óxido de itrio ( Y
2O
2S ) celosía del huésped dopada con fósforos del catión europio (III) (Eu 3+ ) . 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. Los compuestos de itrio pueden servir como retículas de huéspedes para el dopaje 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 .
Los compuestos de itrio se utilizan como catalizador para la polimerización de etileno . Como metal, el itrio se utiliza en los electrodos de algunas bujías de alto rendimiento . El itrio se usa en mantos de gas para linternas de propano como reemplazo del torio , que es radiactivo .
Actualmente se está desarrollando zirconia estabilizada con itrio como electrolito sólido y como sensor de oxígeno en sistemas de escape de automóviles.
Granates
El itrio se usa en la producción de una gran variedad de granates sintéticos , y el itrio se usa para hacer granates de itrio-hierro ( Y
3Fe
5O
12, también "YIG"), que son filtros de microondas muy efectivos que recientemente se demostró que tienen interacciones magnéticas más complejas y de mayor alcance de lo que se entendía durante las cuatro décadas anteriores. Los granates de itrio, hierro , aluminio y gadolinio (por ejemplo, Y 3 (Fe, Al) 5 O 12 e Y 3 (Fe, Ga) 5 O 12 ) tienen importantes propiedades magnéticas . YIG también es muy eficiente como transmisor y transductor de energía acústica. Granate de itrio aluminio ( Y
3Alabama
5O
12o YAG) tiene una dureza de 8.5 y también se usa como piedra preciosa en joyería ( diamante simulado ). Los cristales de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (YAG: Ce) se utilizan como fósforos para hacer LED blancos .
YAG , itria, itrio y fluoruro de litio ( LiYF
4) y ortovanadato de itrio ( YVO
4) se utilizan en combinación con dopantes como neodimio , erbio e iterbio en láseres de infrarrojo cercano . Los láseres YAG pueden operar a alta potencia y se utilizan para perforar y cortar metal. Los monocristales de YAG dopado normalmente se producen mediante el proceso de Czochralski .
Potenciador de materiales
Se han utilizado pequeñas cantidades de itrio (0,1 a 0,2%) para reducir los tamaños de grano de cromo , molibdeno , titanio y circonio . El itrio se utiliza para aumentar la resistencia de las aleaciones de aluminio y magnesio . 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 de nódulos de grafito a continuación).
El itrio se puede utilizar para desoxidar el vanadio y otros metales no ferrosos . La itria estabiliza la forma cúbica de la circonita en la joyería.
El itrio se ha estudiado como nodulizador en hierro fundido dúctil , formando el grafito en nódulos compactos en lugar de escamas para aumentar la ductilidad y la resistencia a la fatiga. Al tener un alto punto de fusión , el óxido de itrio se usa en algunas cerámicas y vidrio para impartir resistencia a los golpes y propiedades de baja expansión térmica . Esas mismas propiedades hacen que dicho vidrio sea útil en lentes de cámaras .
Médico
El isótopo radiactivo itrio-90 se utiliza en fármacos como el itrio Y 90-DOTA-tyr3-octreotida y el itrio Y 90 ibritumomab tiuxetan para el tratamiento de diversos cánceres , incluidos linfoma , leucemia , cáncer de hígado, ovario, colorrectal, páncreas y óseos. Actúa adhiriéndose a los anticuerpos monoclonales , que a su vez se unen a las células cancerosas y las destruyen a través de la radiación β intensa del itrio-90 (ver terapia con anticuerpos monoclonales ).
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 microesferas de vidrio o resina que contienen itrio-90 radiactivo. Las microesferas radiactivas se administran directamente a los vasos sanguíneos que alimentan tumores / segmentos o lóbulos hepáticos específicos. Es mínimamente invasivo y, por lo general, los pacientes pueden ser dados de alta después de unas horas. Es posible que este procedimiento no elimine todos los tumores en todo el hígado, pero funciona en un segmento o en un lóbulo a la vez y puede requerir varios procedimientos.
Ver también radioembolización en el caso de cirrosis combinada y carcinoma hepatocelular.
Se han utilizado agujas hechas de itrio-90, que pueden cortar con mayor precisión que los bisturíes, para cortar los nervios que transmiten el dolor en la médula espinal , y el itrio-90 también se utiliza para realizar sinovectomías con radionúclidos en el tratamiento de articulaciones inflamadas, especialmente de rodillas. , en quienes padecen enfermedades como la artritis reumatoide .
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, y los láseres dopados con erbio se están utilizando para el rejuvenecimiento cosmético de la piel.
Superconductores
Itrio es un ingrediente clave en el óxido de cobre itrio bario (YBa 2 Cu 3 O 7 , también conocido como 'YBCO' o '1-2-3') superconductor desarrollado en la Universidad de Alabama y la Universidad de Houston en 1987. Esta es superconductor notable porque la temperatura de funcionamiento de la superconductividad está por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (77,1 K). 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 a menudo se escribe como YBa 2 Cu 3 O 7– d , donde d debe ser menor que 0,7 para la superconductividad. La razón de esto aún no está clara, pero se sabe que las vacantes ocurren solo en ciertos lugares del cristal, los planos y cadenas de óxido de cobre, dando lugar a un estado de oxidación peculiar de los átomos de cobre, que de alguna manera conduce a la comportamiento superconductor.
La teoría de la superconductividad a baja temperatura se ha entendido 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 de alta temperatura, y su mecanismo preciso sigue siendo un misterio. Lo que se sabe es que la composición de los materiales de óxido de cobre debe controlarse con precisión para que se produzca la superconductividad.
Este superconductor es un mineral de múltiples fases, multicristales, 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 de alta temperatura .
Baterías de litio
El itrio se usa en pequeñas cantidades en los cátodos de algunas baterías de fosfato de hierro y litio (LFP), y luego se denomina comúnmente química LiFeYPO 4 o LYP . Al igual que las LFP , las baterías LYP ofrecen una alta densidad de energía , buena seguridad y una larga vida útil. Pero LYP ofrece una mayor estabilidad del cátodo y prolonga la vida útil 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 encuentran uso 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 mayor seguridad y vida útil. Las celdas LYP tienen esencialmente el mismo voltaje nominal que LFP, de 3.25V, pero el voltaje de carga máximo es 4.0v, y características de carga y descarga muy similares. El principal fabricante de baterías LFP es Shenzhen Smart Lion Power Battery Limited, con las marcas Winston y Thunder Sky.
Otras aplicaciones
En 2009, el profesor Mas Subramanian y sus asociados de la Universidad Estatal de Oregon 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 , azul YInMn , el primer pigmento azul nuevo descubierto en 200 años.
Precauciones
Actualmente, el itrio no tiene ningún papel biológico conocido y puede ser muy tóxico para los seres humanos, los animales y las plantas.
Los compuestos de itrio solubles en agua se consideran levemente tóxicos, mientras que sus compuestos insolubles no son tóxicos. En experimentos con animales, el itrio y sus compuestos causaron daño pulmonar y hepático, aunque la toxicidad varía con los diferentes compuestos de itrio. En ratas, la inhalación de citrato de itrio provocó edema pulmonar y disnea , mientras que la inhalación de cloruro de itrio provocó edema hepático, derrames pleurales e hiperemia pulmonar.
La exposición a compuestos de itrio en humanos puede causar enfermedades pulmonares. Los trabajadores expuestos al polvo de vanadato de itrio y europio en el aire experimentaron irritación leve en los ojos, la piel y las vías respiratorias superiores, aunque esto puede deberse al contenido de vanadio en lugar del itrio. La exposición aguda a los compuestos de itrio puede causar dificultad para respirar, tos, dolor de pecho y cianosis . La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) limita la exposición al itrio en el lugar de trabajo a 1 mg / m 3 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 durante una jornada laboral de 8 horas. A niveles de 500 mg / m 3 , el itrio es un peligro inmediato para la vida y la salud . El polvo de itrio es muy inflamable.
Ver también
Notas
Referencias
Bibliografía
- Daane, AH (1968). "Itrio" . En Hampel, Clifford A. (ed.). La enciclopedia de los elementos químicos . Nueva York: Reinhold Book Corporation. págs. 810–821 . LCCN 68029938 . OCLC 449569 .
- Emsley, John (2001). "Itrio" . Bloques de construcción de la naturaleza: una guía de la A a la Z sobre los elementos . Oxford, Inglaterra, Reino Unido: Oxford University Press . págs. 495–498 . ISBN 978-0-19-850340-8.
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Otras lecturas
Recursos de la biblioteca sobre el itrio |
- Patente de EE.UU. 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.
- Contribuyentes de la EPA (2008-07-31). "Estroncio: efectos sobre la salud del estroncio-90" . Agencia de Protección Ambiental de EE . UU . Consultado el 26 de agosto de 2008 .
enlaces externos
- Itrio por Paul CW Chu en acs.org
- Itrio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
- Encyclopædia Britannica (11ª ed.). 1911. .
- Enciclopedia de geoquímica - itrio