Rebajas de verano : ¡ -30% de descuento en todo el sitio ! |
El itrio es un elemento de transición con un aspecto metálico. De símbolo Y y número atómico 39, forma parte de los elementos del grupo 3 de la tabla de clasificación periódica. Está clasificado en el grupo d del quinto período de esta tabla. Históricamente, se considera parte de las tierras raras, al igual que los lantánidos y el escandio. El 89Y es su único isótopo natural.
El descubrimiento del itrio en 1787 se debe al químico aficionado y teniente del ejército, Carl Axel Arrhenius. Al explorar una antigua cantera cerca del pueblo sueco de Ytterby, en el archipiélago de Estocolmo, notó una roca negra pesada. Creía que este mineral desconocido contenía tungsteno, un elemento recientemente descubierto. Decidió entonces nombrarlo ytterbite, en referencia al nombre del pueblo donde lo encontró. El sufijo “-ite” indica que es un mineral. Arrhenius luego envió muestras a numerosos químicos para su análisis.
En 1789, Johan Gadolin, de la Universidad de Åbo, descubrió un nuevo óxido o “tierra” en las muestras de Arrhenius. Completó su análisis en 1794. Los trabajos de Anders Gustaf Ekeberg confirmaron estos análisis en 1797. Por lo tanto, nombró al nuevo óxido yttria. Según los estudios de Lavoisier, las tierras, después de ser reducidas, se consideraban fuentes de elementos puros. Esta postulación fue válida durante los diez años siguientes a la publicación de estas investigaciones. De hecho, en ese momento, la identificación de una nueva tierra correspondía al descubrimiento de un nuevo elemento. El itrio sería un caso de esto (una terminación en -ium hace referencia a elementos y la terminación en -a, a óxidos).
En 1843, Carl Gustav Mosander encontró tres óxidos diferentes en las muestras de yttria de Gadolin:
En 1878, Jean-Charles Galissard de Marignac logró aislar otro óxido, a saber, el óxido de iterbio. Luego separó los cuatro nuevos elementos a partir de cada uno de sus óxidos. Fueron nombrados así en referencia al nombre del pueblo “Ytterby” (itrio, iterbio, terbio y erbio). Durante las décadas siguientes, se identificaron siete metales adicionales en la yttria de Gadolin. Después de descubrir que este “óxido” era en realidad un mineral, Martin Heinrich Klaproth cambió el nombre yttria a gadolinita. Esta denominación fue elegida en homenaje a Gadolin. Friedrich Wöhler realizó un experimento en 1828 calentando el cloruro de itrio anhidro con potasio. Utilizó la siguiente reacción para aislar el metal itrio: YCl3 + 3 K → 3 KCl + Y.
Hasta la década de 1920, el itrio estaba representado por el símbolo químico Yt. El símbolo Y se volvió predominante en los usos comunes posteriormente.
Actualmente se cuentan 29 isómeros nucleares y 33 isótopos de itrio cuyo número de masa varía entre 76 y 108. Solo un isótopo es estable, se trata del 89Y. Este representa la totalidad del itrio presente naturalmente. Así, este metal se considera un elemento monoisotópico y mononucleídico. Su masa atómica estándar es igual a la masa isotópica de 89Y, es decir 88,905 85(2) u.
El itrio es un metal blando, de color plateado. Su configuración electrónica es [Kr] 4d1 5s2 . Los niveles de energía de sus electrones son: 2, 8, 18, 9, 2. Su cuerpo simple se presenta bajo una forma sólida, de densidad de 4,469 g·cm-3 (25 °C). Tiene un sistema cristalino de estructura hexagonal compacta. De acuerdo con la periodicidad de las propiedades, tiene una electronegatividad inferior a la del escandio y el zirconio, pero superior a la del lantano. En la escala de Pauling, esta es del orden de 1,22. Las otras propiedades del itrio son las siguientes:
Su punto de fusión es de 1 522 °C y su energía de fusión es de 11,4 kJ·mol-1. El itrio hierve a 3 345 °C. Su energía de vaporización es de 363 kJ·mol-1. El volumen ocupado por su mol asciende a 19,88×10-6 m3·mol-1. Tiene una presión de vapor de 5,31 Pa a 1 525,85 °C. Sus números CAS, ECHA y CE son respectivamente 7440-65-5, 100.028.340 y 231-174-8. La siguiente tabla representa las energías de ionización de este elemento:
| El número del nivel electrónico | Los valores de energía en electronvoltios (eV) |
| 1ra | 6,217 |
| 2a | 12,224 |
| 3ra | 20,52 |
| 4ta | 60,597 |
| 5ta | 77,0 |
| 6ta | 93,0 |
| 7ma | 116 |
| 8va | 129 |
| 9na | 146,2 |
| 10ma | 191 |
| 11va | 206 |
| 12va | 374,0 |
El itrio es bastante estable en contacto con el aire. Toma una forma masiva debido a la formación de una capa de óxido de itrio en su superficie. Esta capa puede alcanzar hasta 10 micrómetros de espesor cuando se calienta con vapor de agua a 750 °C. Sin embargo, en forma de virutas o polvo, es inestable en contacto con el aire. Se incendiará espontáneamente si la temperatura supera los 400 °C. En presencia de nitrógeno y calentado a una temperatura de 1 000 °C, forma nitruro de itrio YN.
El itrio comparte características similares a las de los lantánidos. Raramente se encuentra en estado puro en la naturaleza. A menudo está asociado con los lantánidos en los minerales de tierras raras. Aunque está clasificado en el grupo 3 de la clasificación periódica, sus propiedades químicas se parecen más a las de los lantánidos que a las del escandio. Al trazar sus propiedades físicas en función del número atómico, se observa un número aparente comprendido entre los del gadolinio y el erbio (entre 64,5 y 67,5).
Su reactividad química es idéntica a la del terbio y el disprosio. Su radio atómico de 180 pm (212 pm) es muy cercano al de las tierras raras pesadas. Por consiguiente, en solución, se comporta como una de ellas. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las tierras raras, el itrio está prácticamente presente solo en estado trivalente. Los radios iónicos del itrio se asemejan a los de los lantánidos debido a la contracción lantánida.
Gracias a su capacidad de oxidación trivalente, el itrio es capaz de formar numerosos compuestos inorgánicos, principalmente en el estado de oxidación +3. Utiliza para ello sus tres electrones de valencia para crear enlaces. El óxido de itrio Y2O3 es un ejemplo.
El itrio se presenta en forma de compuestos insolubles en agua, como el fluoruro, el hidróxido o el oxalato. También puede disolverse en compuestos como el bromuro, el cloruro, el yoduro, el nitrato y el sulfato. El ion Y3+ no contiene electrones en los orbitales electrónicos d o f. Por lo tanto, es incoloro en solución.
En contacto con el agua, el itrio reacciona rápidamente para formar óxido de itrio. Incluso si no es fácilmente atacado por ácido fluorhídrico o por ácido nítrico concentrado, otros ácidos fuertes pueden alterarlo.
En presencia de halógenos y a temperaturas de aproximadamente 200 °C, el itrio forma trihalogenuros. A temperaturas más elevadas y en presencia de elementos como el carbono, el fósforo, el selenio, el silicio o el azufre, genera compuestos binarios. También se encuentra el itrio en compuestos organometálicos. Estos aparecen en pequeño número en el grado de oxidación 0. Aunque la mayoría de ellos presenta un estado de oxidación +3, se ha podido observar una presencia de grado +2 en cloruros fundidos. En fase gaseosa, se nota la existencia de un estado +1 en clusters de óxido. Los organoitrios pueden utilizarse como catalizadores en reacciones de trimerización. Generalmente se obtienen a partir de cloruro de itrio. Este último resulta de la reacción entre el óxido de itrio, el ácido clorhídrico concentrado y el cloruro de amonio. Los complejos de itrio tienen ligandos carboranilo unidos a un ion central de configuración electrónica d0 y de hapticidad η7.
El itrio a menudo se mezcla con los minerales que contienen tierras raras que se encuentran en ciertos minerales de uranio. Aparece en las arenas de bastnasita ((Ce, La, Th, Nd, Y)(CO3)F) y de monacita ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4). Este elemento es difícil de separar de otros metales de la misma familia, con los que siempre está asociado. Los minerales en los que está presente son más o menos radioactivos. Incluyen la bastnasita, la allanita (sorosilicato), la ortita, la betafita, la samarskita, la euxenita, la gadolinita, la fergusonita y el xenotimo. El itrio ha sido observado en muestras lunares recolectadas durante el programa Apolo.
La corteza terrestre contiene itrio, en una proporción de 31 ppm. Así, se sitúa en el puesto 28° de los elementos más numerosos en la Tierra. Su abundancia es 400 veces superior a la de la plata. El agua de mar contiene itrio en una proporción de 9 ppt (partes por trillón). En el suelo, su concentración es de 10 a 150 ppm. La cantidad media de este elemento en muestras secas es de 23 ppm.
El itrio no tiene una función biológica conocida, pero se encuentra en la mayoría de los organismos. En el cuerpo humano, su cantidad normal no supera los 0,5 mg. Se concentra principalmente en el hígado, el bazo, los riñones, los huesos y los pulmones. Está presente en la leche materna a una tasa de 4 ppm.
Las plantas comestibles generalmente contienen de 20 a 100 ppm de itrio. Estos niveles son más elevados en ciertas verduras, especialmente en el repollo. Se han medido concentraciones de hasta 700 ppm en las plantas leñosas.
En abril de 2018, un estudio fue publicado por investigadores japoneses en la revista Nature. Destacaba el descubrimiento de nuevos yacimientos de tierras raras, al Este de Japón. Estos minerales, situados a más de 5 000 metros de profundidad en el sedimento marino, cubren una superficie de aproximadamente 2 500 km2. Los científicos han estimado que contienen aproximadamente 16 millones de toneladas de tierras raras. Según una publicación aparecida en Scientific Reports en abril de 2018, tal cantidad de óxidos de tierras raras equivale al abastecimiento mundial de itrio durante 780 años. La explotación de estos minerales podría producir el equivalente a un abastecimiento de disprosio durante 730 años, de europio durante 620 años y de terbio durante 420 años. Incluso si China y Australia son los principales productores de tierras raras, este descubrimiento podría tener un impacto importante en el mercado mundial.
El itrio resulta de una nucleosíntesis estelar a nivel del sistema solar. Los principales procesos astrofísicos que condujeron a su formación son el proceso s (72%) y el proceso r (28%). Dado que todos los elementos del grupo 3 tienen un número impar de protones, tienen pocos isótopos estables. La abundancia del itrio 89 es superior a lo que se podría esperar. Esto se explica por el hecho de que el proceso de su formación es lento y favorece los isótopos vecinos de 90, 138 o 208. Estos últimos tienen núcleos atómicos particularmente estables, conteniendo respectivamente 50, 82 y 126 neutrones. El número de masa del núcleo de 89Y es de 89 y posee 50 neutrones.
La semejanza entre las propiedades químicas de los lantánidos y del itrio hace que se lo encuentre a menudo en los minerales que contienen tierras raras. Aunque hay una ligera separación entre las tierras raras ligeras (principio de la familia) y pesadas (final de la familia), esta nunca ha sido completa. El itrio se encuentra principalmente del lado de las tierras raras pesadas, a pesar de su baja masa atómica. Se cuentan cuatro principales fuentes de itrio.
La primera proviene de los minerales que contienen carbonatos o fluoruros de tierras raras ligeras. La bastnasita ([(Ce, La, etc.)(CO3)F]) es un ejemplo. En efecto, este tipo de mineral contiene tierras raras pesadas e itrio (aproximadamente 0,1%). Mountain Pass, situado en California, fue la principal fuente de bastnasita entre los años 1960 y 1990. Gracias a esta mina de tierras raras, los Estados Unidos se convirtieron en el proveedor más importante de tierras raras pesadas durante este período.
La monacita ([(Ce, La, etc.)PO4]), un fosfato, constituye un yacimiento aluvial resultante de la erosión del granito. Este mineral de tierras raras ligeras contiene 2%, incluso 3%, de itrio. Importantes yacimientos fueron explotados en Brasil y en India a principios del siglo XIX. Por consiguiente, estos dos países emergieron como principales productores de itrio durante la primera mitad de este siglo.
La tercera fuente de itrio es el xenotimo. Este fosfato de tierras raras pesadas contiene hasta 60% de fosfato de itrio (YPO4). Lo que lo convierte en el mayor mineral de xenotimo. Este mineral se extrae en Bayan Obo, en China. El país se convierte entonces en el mayor exportador de tierras raras pesadas desde el fin de la explotación de la mina de Mountain Pass.
Las arcillas de Lognan, también conocidas como arcillas absorbentes de iones, constituyen la cuarta fuente de itrio. Estas arcillas se obtienen por la meteorización del granito. Contienen 1% de tierras raras pesadas, algunas de las cuales contienen hasta 8% de itrio. La explotación de estas arcillas se realiza principalmente en el sur de China. Por otro lado, el itrio puede extraerse de otros minerales, como la fergusonita y la samarskita.
La separación del itrio de otras tierras raras es un proceso difícil. Sin embargo, la extracción del itrio puro a partir de una mezcla de óxido contenido en el mineral es posible. Implica la disolución del óxido en ácido sulfúrico, seguida del aislamiento de éste mediante cromatografía de intercambio iónico. Al añadir ácido oxálico, se provoca la precipitación del oxalato de itrio. Este último se convierte luego en óxido por calentamiento, en presencia de oxígeno. Para producir fluoruro de itrio, se hace reaccionar el óxido con el fluoruro de hidrógeno.
En 2001, la producción mundial de óxido de itrio alcanzó 600 toneladas por año. La cantidad de reservas se estima en 9 millones de toneladas. La producción anual de itrio metal se limita a solo unas pocas toneladas. Este último se obtiene mediante la transformación del fluoruro de itrio en una esponja metálica tras una reacción con una aleación de magnesio y calcio. Para fundir el itrio, se necesita un horno de arco calentado a 1 600 °C.
El itrio se utiliza en diversos campos. Su principal aplicación se encuentra en la fabricación de luminóforos, especialmente aquellos en los LEDs. Asimismo, este elemento juega un papel importante en la producción de los luminóforos rojos utilizados en los televisores de tubo catódico.
Es posible realizar un dopaje del óxido de itrio incorporando iones Eu3+. Sirve así de reactivo para producir ortovanadato de itrio YVO4:Eu3+ o oxisulfuro de itrio Y2O2S:Eu3+. La desexcitación de los átomos de europio es responsable de la coloración roja obtenida. Se pueden introducir otros cationes lantánidos como el Tb3+ en el itrio para obtener una luminiscencia verde. El óxido de itrio también encuentra una aplicación como aditivo de sinterización en la fabricación de nitruro de silicio poroso. Por otra parte, además de su uso en esta industria, el itrio sirve de catalizador en la polimerización del etileno. Forma parte de la confección de electrodos de las bujías de encendido de alto rendimiento. Se utiliza como sustituto del torio radiactivo en la fabricación de las camisas incandescentes de las lámparas de propano. Actualmente se utiliza cada vez más la circonia estabilizada con itrio. Se emplea como conductor electrolito sólido y sensor de oxígeno en los sistemas de escape de automóviles. Además, este elemento químico también encuentra aplicaciones en la producción de electrodos, electrolitos, filtros electrónicos, láseres y materiales superconductores.
El itrio es un elemento clave en la producción de una variedad de granates sintéticos. El óxido de itrio se utiliza en la creación de filtros de microondas muy eficaces llamados YIG (granate de hierro e itrio). Los granates que contienen itrio, hierro, aluminio y gadolinio, como Y3(Fe, Al)5O12 y Y3(Fe, Ga)5O12, presentan propiedades magnéticas significativas. Los YIG poseen capacidades notables como transmisores de energía acústica y transductores de alto rendimiento.
Los granates de aluminio e itrio (Y3Al5O12 o YAG) muestran un nivel de dureza de 8,5, en la escala de Mohs. La industria de la joyería los utiliza frecuentemente para imitar la apariencia del diamante. Además, los cristales de YAG:Ce, que están dopados con cerio, se explotan como luminóforos en la producción de LEDs blancos.
Los cristales de YAG, de óxido de itrio, de fluoruro de itrio y de litio, así como de ortovanadato de itrio, son comúnmente dopados con elementos como el neodimio, el erbio y el iterbio. Se utilizan en los láseres de infrarrojo cercano. Los láseres YAG de alta potencia pueden servir para cortar metales. El proceso utilizado para la fabricación de los monocristales dopados con YAG es a menudo el método Czochralski.
Las cantidades mínimas de itrio (0,1 a 0,2%) permiten reducir el tamaño de los granos presentes en el cromo, el molibdeno, el titanio y el zirconio. El itrio sirve para mejorar las características mecánicas de las aleaciones de magnesio y de aluminio. En efecto, la adición de este elemento facilita el conformado de las aleaciones. Reduce la recristalización a alta temperatura y acentúa considerablemente la resistencia a la oxidación a alta temperatura. Por otra parte, entra en juego en el proceso de desoxidación del vanadio y de otros metales no ferrosos. El óxido de itrio es un estabilizante de la zirconia cúbica utilizada en la joyería. La incorporación de itrio en la composición de cerámicas y vidrios ayuda a disminuir su coeficiente de dilatación térmica y a incrementar su resistencia a los choques. Por esta razón, el itrio es comúnmente utilizado en la fabricación de objetivos fotográficos.
Se utiliza el 90Y, un isótopo radiactivo del itrio, en diversos medicamentos, como el ibritumomab tiuxetán y el itrio Y 90-DOTA-tyr3-octreotido. Tratan diferentes tipos de cáncer, como linfomas, leucemias, cánceres de ovario, de páncreas, de huesos y cáncer colorrectal. Este isótopo se une a anticuerpos monoclonales que se fijan a su vez a las células cancerosas. La destrucción de estas últimas es posible gracias a las emisiones β provenientes de la desintegración del itrio 90.
Las agujas de itrio-90 son más precisas que los bisturíes. Actúan sobre los nervios responsables de la transmisión del dolor a nivel de la médula espinal. Las sinoviortesis isotópicas también recurren al itrio 90. Interviene en el tratamiento de las inflamaciones articulares, en particular aquellas que afectan a las rodillas, en pacientes que sufren poliartritis reumatoide.
En 1987, se descubrió supraconductividad a alta temperatura crítica en un compuesto que contiene itrio. En efecto, el YBa2Cu3O7 es el segundo material en presentar esta propiedad. Es el primer óxido mixto de bario, cobre e itrio en presentar una temperatura crítica (Tc = 93K) superior a la de ebullición del nitrógeno líquido (77K).
Los compuestos de itrio solubles en agua tienen una toxicidad moderada. En cambio, aquellos que no son solubles en agua se consideran no tóxicos. Otros experimentos han sido efectuados con animales. Estos han mostrado que el itrio y sus derivados pueden causar daños al hígado y a los pulmones. Sin embargo, la toxicidad varía según el compuesto en cuestión.
En la rata, la inhalación de citrato de itrio provoca edemas pulmonares y dificultades respiratorias. Poner a estos animales en presencia de cloruro de itrio conlleva edemas del hígado, derrames pleurales e hiperemia pulmonar.
El contacto con compuestos del itrio puede provocar enfermedades pulmonares en el ser humano. El polvo en suspensión que contiene vanadato de europio e itrio ha provocado ligeras irritaciones de los ojos, de la piel y de las vías respiratorias. Sin embargo, es posible que estos trastornos provengan del vanadio más que del itrio. Una exposición prolongada a compuestos de itrio puede causar afecciones, tales como dificultades respiratorias, tos, dolores torácicos y cianosis. El NIOSH recomienda limitar la exposición a estos productos a 1 mg/m3 frente a 500 mg/m3 para IDLH. Conviene señalar que los polvos de itrio son inflamables.
a partir de 49€
Hecho en España
Disponible, 7 días a la semana
Dentro de 14 días, satisfecho o reembolsado
PayPal, tarjeta de crédito, Visa, Mastercard, transferencia bancaria
4x sin intereses desde 30€ de compra con PayPal