Itrio, Características, Historia, Aparición, Aplicaciones, Precauciones

Itrio es un elemento químico con el símbolo Y y el número atómico 39 - Se trata de un metal de transición plateado metálico químicamente similar a los lantánidos y que a menudo ha sido clasificado como un "elemento de tierras raras". Itrio casi siempre se encuentra combinado con los lantánidos en minerales de tierras raras y nunca se encuentra en la naturaleza como elemento libre. Su único isótopo estable, 89Y, es también su único isótopo natural.

En 1787, Carl Axel Arrhenius encontró un nuevo mineral cerca Ytterby en Suecia y la llamó ytterbite, después del pueblo. Johan Gadolin descubrió óxido de itrio en la muestra de Arrhenius en 1789, y Anders Gustaf Ekeberg nombrado el nuevo óxido de itrio. Elemental itrio fue aislado por primera vez en 1828 por Friedrich Whler.

El uso más importante de itrio es en la fabricación de fósforos, como los rojos se utilizan en conjunto de tubo de rayos catódicos pantallas de televisión y en los LEDs. Otros usos incluyen la producción de electrodos, electrolitos, filtros electrónicos, láseres y superconductores; diversas aplicaciones médicas, y como trazas en diversos materiales para mejorar sus propiedades. Itrio no tiene ninguna función biológica conocida, y la exposición a los compuestos de itrio puede causar enfermedad pulmonar en los seres humanos.

Características

Propiedades

Itrio es un, plata-metálico, metal de transición brillante y altamente cristalina suave en el grupo 3. Como era de esperar por las tendencias periódicas, es menos electronegativo que su predecesor en el grupo, escandio, más electronegativo que su sucesor en el grupo, lantano, y menos electronegativo que el próximo miembro de período de 5, circonio. Itrio es el primer elemento del bloque d en el quinto período.

El elemento puro es relativamente estable en el aire en forma a granel, debido a la pasivación resultante de la formación de una película protectora de óxido en su superficie. Esta película puede llegar a un espesor de 10 m de itrio cuando se calienta a 750 C en vapor de agua. Cuando finamente dividido, sin embargo, itrio es muy inestable en el aire; virutas o virutas del metal pueden encender en aire a temperaturas superiores a 400 C. Nitruro de itrio se forma cuando el metal se calienta a 1000 C en nitrógeno.

La similitud con los lantánidos

 Para más detalles sobre este tema, véase el elemento de tierras raras.

Las similitudes de itrio a los lantánidos son tan fuertes que el elemento históricamente se ha agrupado con ellos como un elemento de tierras raras, y siempre se encuentran en la naturaleza junto con ellos en los minerales de tierras raras.

Químicamente, el itrio se asemeja a estos elementos más estrechamente que su vecino en la tabla periódica, escandio, y si sus propiedades físicas se representaron frente a número atómico entonces sería tener un número aparente de 64,5 a 67,5, colocándolo entre el lantánidos gadolinio y erbio.

A menudo también cae en el mismo rango de orden de reacción, se asemeja a terbio y disprosio en su reactividad química. Itrio es tan cerca en tamaño a la llamada 'itrio grupo' de iones lantánidos pesados que en solución, se comporta como si se tratara de uno de ellos. A pesar de que los lantánidos son una fila más abajo en la tabla periódica de itrio, la similitud en el radio atómico puede ser atribuido a la contracción de los lantánidos.

Una de las pocas diferencias notables entre la química de itrio y los lantánidos que de itrio es que es casi exclusivamente trivalente, mientras que alrededor de la mitad de los lantánidos puede tener otras valencias de tres.

Los compuestos y las reacciones

 Ver también la categoría: compuestos de itrio

Como un metal de transición trivalente, itrio forma diversos compuestos inorgánicos, generalmente en el estado de oxidación de 3, al renunciar a los tres de sus electrones de valencia. Un buen ejemplo es óxido de itrio, también conocido como óxido de itrio, de un sólido blanco de seis coordenadas.

Itrio forma un fluoruro insoluble en agua, hidróxido, y el oxalato, pero su bromuro, cloruro, yoduro, nitrato y sulfato son todos solubles en agua. El Y3 ion es incoloro en solución debido a la ausencia de los electrones en el d y f capas de electrones.

El agua reacciona fácilmente con itrio y sus compuestos para formar Y2O3. Ácidos nítrico y fluorhídrico concentrado no atacan rápidamente itrio, pero otros ácidos fuertes hacen.

Con halógenos, itrio forma trihaluros, tales como fluoruro de itrio, cloruro de itrio, itrio y el bromuro a temperaturas por encima de aproximadamente 200 º C. Del mismo modo, carbono, fósforo, selenio, silicio y azufre todos los compuestos binarios de formulario con itrio a temperaturas elevadas.

Organoyttrium química es el estudio de los compuestos que contienen enlaces carbono-itrio. Algunos de ellos son conocidos por tener itrio en el estado de oxidación 0. Algunas de las reacciones de trimerización se observaron mediante el uso de compuestos organoyttrium como catalizadores. Estos compuestos YCl3 utilizan como material de partida, que a su vez se obtiene de Y2O3 y ácido clorhídrico concentrado y cloruro de amonio.

Hapticidad es cómo un grupo de átomos contiguos de un ligando están coordinados a un átomo central, sino que se indica mediante la letra griega eta,?. Complejos de itrio fueron los primeros ejemplos de complejos de ligandos en donde carboranilo fueron enlazados a un centro de D0-metal a través de un? 7-hapticidad. La vaporización de los compuestos de intercalación de grafito grafito-Y o cables de grafito-Y2O3 a la formación de los fullerenos endohedrales tales como Y @ C82. Estudios de resonancia de spin electrónico indicaron la formación de Y3 y 3 - pares de iones. Cada uno de los carburos Y3C, Y2C, y YC2 pueden hidrolizar para formar hidrocarburos.

Nucleosynthesis e isótopos

Itrio en el Sistema Solar fue creado a través de la nucleosíntesis estelar, sobre todo por el proceso-s, sino también por la r-proceso. El proceso de r consta de captura de neutrones rápidos de elementos más ligeros durante las explosiones de supernovas. El proceso-s es una captura lenta de neutrones de elementos más ligeros dentro pulsantes estrellas gigantes rojas.

Isótopos itrio son algunos de los productos más comunes de la fisión nuclear del uranio que ocurre en las explosiones nucleares y reactores nucleares. En cuanto a la gestión de residuos nucleares, los isótopos más importantes de itrio 91Y y 90Y están, con vida media de 58,51 días y 64 horas, respectivamente. Aunque 90Y tiene la vida media corta, que existe en equilibrio secular con su isótopo padre de vida larga, el estroncio-90 con una vida media de 29 años.

Los tres elementos del grupo tienen un número atómico impar, y por lo tanto tienen pocos isótopos estables. El escandio tiene un isótopo estable, y en sí itrio tiene sólo un isótopo estable, 89Y, que es también su único origen natural uno. Sin embargo, las tierras raras lantánidos contienen elementos de número par atómica y muchos isótopos estables. El itrio-89 se cree que es más abundante de lo que debería ser, debido en parte a la s-proceso, lo que permite suficiente tiempo para que los isótopos creados por otros procesos a decaer por emisión de electrones. Tal un proceso lento tiende a favorecer isótopos con números de masa atómica alrededor de 90, 138 y 208, que tienen núcleos atómicos inusualmente estable con 50, 82, y 126 neutrones, respectivamente. 89Y tiene un número de masa cerca de 90 y tiene 50 neutrones en su núcleo.

Se han observado al menos 32 isótopos sintéticos de itrio, y éstos varían en número de masa atómica 76-108. El menos estable de éstos es 106Y con una vida media de> 150 ns y el más estable es 88Y con una vida media de 106,626 días. Además de los isótopos 91Y, 87Y y 90Y, con una vida media de 58,51 días, 79,8 horas, y 64 horas, respectivamente, todos los otros isótopos tienen una vida media de menos de un día y la mayoría de las personas tienen una vida media de menos de una hora.

Isótopos itrio con números de masa iguales o inferiores a 88 caries principalmente por emisión de positrones para formar isótopos de estroncio. Isótopos de itrio con números de masa en o por encima de 90 de reducción, principalmente por emisión de electrones para formar isótopos de circonio. Los isótopos con números de masa igual o superior a 97 también se sabe que tienen caminos menores de decaimiento - emisión de neutrones retardados.

Itrio tiene por lo menos 20 isómeros metaestables o excitado que varían en número de masa 78 a 102. Múltiples estados de excitación se han observado para 80Y y 97Y. Mientras que la mayoría de los isómeros de itrio se espera que sean menos estables que su estado fundamental, 78mY, 84mY, 85MY, 96mY, 98m1Y, 100mY y 102mY tienen vidas medias más largas que sus estados fundamentales, ya que estos isómeros se desintegran por desintegración beta en lugar de isómeros transición.

Historia

En 1787, teniente del ejército y de tiempo parcial químico Carl Axel Arrhenius encontraron una roca negro pesado en una antigua cantera cerca de la localidad sueca de Ytterby. Pensando que se trataba de un mineral desconocido que contiene el tungsteno elemento recién descubierto, lo llamó ytterbite y envió muestras a diversos químicos para su posterior análisis.

Johan Gadolin en la Universidad de bo identificó un nuevo óxido o "tierra" en la muestra de Arrhenius en 1789, y publicó su análisis realizado en 1794. Anders Gustaf Ekeberg confirmó en 1797 y nombrado el nuevo óxido de itrio. En las décadas después de Antoine Lavoisier desarrolló la primera definición moderna de los elementos químicos, se creía que las tierras podían ser reducidas a sus elementos, lo que significa que el descubrimiento de una nueva tierra era equivalente al descubrimiento del elemento dentro, que en este caso haría han sido itrio.

En 1843, Carl Gustaf Mosander encontró que las muestras de itrio contenían tres óxidos: blanco óxido de itrio, óxido de terbio amarillo y óxido de erbio de color rosa. Un cuarto, óxido de iterbio, fue aislado en 1878 por Jean Charles de Marignac Galissard. Nuevos elementos más tarde ser aislados de cada uno de estos óxidos, y cada elemento fue nombrado, de alguna manera, después de Ytterby, el pueblo cerca de la cantera de donde fueron encontrados. En las siguientes décadas, otros siete nuevos metales fueron descubiertos en "itrio de Gadolin". Desde itrio era un mineral, después de todo, no un óxido, Martin Heinrich Klaproth gadolinite renombró en honor Gadolin.

Itrio metal fue aislado por primera vez en 1828, cuando Friedrich Whler calienta cloruro de itrio anhidro con potasio:

 YCl3 3 K? 3 KCl Y

Hasta principios de los años 1920, el símbolo químico Yt se utilizó para el elemento, después de que Y entró en uso común.

En 1987, se encontró óxido de itrio bario cobre para conseguir la superconductividad de alta temperatura. No fue hasta el segundo material conocido por presentar esta propiedad, y fue el primer material conocido para conseguir la superconductividad por encima del punto de ebullición del nitrógeno.

Aparición

Abundancia

Itrio se encuentra en los minerales de tierras más raros, así como algunos minerales de uranio, pero nunca se encuentra en la naturaleza como un elemento libre. Alrededor de un 31 ppm de la corteza terrestre es de itrio, por lo que es el 28 elemento más abundante allí, y 400 veces más común que la plata. Itrio se encuentra en el suelo en concentraciones entre 10 y 150 ppm y en agua de mar a 9 ppt. Muestras de rocas lunares recogidas durante el proyecto Apolo estadounidense tienen un contenido relativamente alto de itrio.

Itrio no tiene ninguna función biológica conocida, a pesar de que se encuentra en la mayoría, si no todos los organismos, y tiende a concentrarse en el hígado, riñón, bazo, pulmones, y huesos de los seres humanos. No es normalmente tan poco como 0,5 miligramos encontrados dentro de todo el cuerpo humano; la leche materna humana contiene 4 ppm. Itrio se puede encontrar en las plantas comestibles en concentraciones entre 20 ppm y 100 ppm, con la col que tiene la cantidad más grande. Con un máximo de 700 ppm, las semillas de las plantas leñosas tienen las concentraciones más altas conocidas.

Producción

La similitud química de los lantánidos con itrio lleva a ser enriquecido por los mismos procesos y termina en minerales que contienen lantánidos, la formación de minerales de tierras raras. Una ligera separación es reconocido entre la luz y los elementos de tierras raras pesadas, pero esta separación nunca es completa. Itrio se concentró en el grupo RES en virtud de su tamaño iónica a pesar de que tiene una masa atómica menor.

Hay cuatro fuentes principales de REE:

  • Carbonato y fluoruro que contiene minerales tales como el bastnsite LREE contienen un promedio de 0,1% de itrio, en comparación con el 99,9% para el otro 16 REE. La principal fuente para bastnsite desde 1960 hasta la década de 1990 fue el paso de la mina de tierras raras de la montaña en California, lo que hace Estados Unidos, el mayor productor de REE durante ese período.
  • Monacita, que es principalmente fosfato, es un depósito aluvial de arena que se crea por el transporte y la separación gravitacional de granito erosionado. Monacita como mineral de tierras raras ligeras contiene 2% de itrio. Los mayores yacimientos se encuentran en la India y Brasil en el siglo 20, por lo que estos dos países, los mayores productores de itrio en la primera mitad de ese siglo.
  • Xenotima, un fosfato REE, es el mineral de RES principal que contiene hasta 60% de itrio como fosfato de itrio. La mayor mina de este mineral es el depósito de Bayan Obo, en China, convirtiendo a China en el mayor exportador de HREE desde el cierre de la mina de Mountain Pass, en la década de 1990.
  • Arcillas de absorción de iones o arcillas Lognan son los productos de la meteorización del granito y contienen sólo el 1% de REE. El concentrado de mineral de final puede contener hasta 8% de itrio. Arcillas de absorción de iones son en su mayoría extraídos en el sur de China. El itrio también se encuentra en samarskita y fergusonita.

Un método para obtener itrio puro a partir de los minerales de óxidos mixtos es disolver el óxido en ácido sulfúrico y se fraccionan por cromatografía de intercambio iónico. Con la adición de ácido oxálico, el itrio oxalato precipita. El oxalato se convierte en el óxido por calentamiento de bajo oxígeno. Por hacer reaccionar el óxido de itrio con fluoruro de hidrógeno resultante, se obtiene fluoruro de itrio. Uso de sales de amonio cuaternario como agentes de extracción, itrio prefiere permanecer en la fase acuosa: cuando el contra-ión es el nitrato, los lantánidos de luz se eliminan, pero cuando el contra-ión es tiocianato, se eliminan los lantánidos pesados. Se obtienen sales de itrio de 99,999% de pureza. En la situación habitual, donde itrio es de dos tercios de una mezcla pesada-lantánido, hay una ventaja al conseguir que fuera del sistema lo más rápidamente posible, para facilitar la separación de los elementos restantes.

La producción mundial anual de óxido de itrio había llegado a 600 toneladas en 2001, con reservas estimadas en 9.000.000 toneladas. Sólo unas pocas toneladas de itrio metales se producen cada año por la reducción de fluoruro de itrio a una esponja de metal con aleación de magnesio calcio. La temperatura de un horno de arco de por encima de 1600 C es suficiente para fundir el itrio.

Aplicaciones

Consumidor

Itria puede servir como red huésped para el dopaje con Eu3 cationes, así como reactante para ganar dopado con itrio ortovanadato YVO4: Eu3 o óxido de itrio Y2O2S sulfuro: Eu3 fósforos que dan el color rojo en los tubos de imagen de televisión en color, aunque el mismo color rojo es en realidad emite desde el europio, mientras que el itrio recoge la energía desde el cañón de electrones y la pasa al fósforo. Compuestos de itrio pueden servir como celosías acogida por dopaje con diferentes cationes lantánidos. Además de Eu3 también Tb3 puede ser utilizado como un agente de dopaje que conduce a la luminiscencia verde. Itria también se utiliza como un aditivo de sinterización en la producción de nitruro de silicio poroso y como un material de partida común para tanto la ciencia de materiales y para la producción de otros compuestos de itrio.

Compuestos de itrio se utilizan como un catalizador para la polimerización de etileno. Como un metal, que se utiliza en los electrodos de algunas bujías de encendido de alto rendimiento. El itrio también se utiliza en la fabricación de mantos de gas para linternas de propano como un reemplazo para el torio, que es radiactivo.

Usos en desarrollo incluyen itrio-zirconia estabilizada, en particular, como un electrolito sólido y como un sensor de oxígeno en los sistemas de escape de los automóviles.

Granates

Itrio se utiliza en la producción de una gran variedad de granates sintéticos, y óxido de itrio se utiliza para hacer itrio granates de hierro, que son muy eficaces filtros de microondas. Itrio, hierro, aluminio, y gadolinio granates tienen propiedades magnéticas importantes. YIG es también muy eficaz como un transmisor de energía acústica y el transductor. Granate de itrio y aluminio tiene una dureza de 8,5 y también se utiliza como una piedra preciosa en joyería. Cerio dopado con itrio-aluminio-granate cristales se utilizan como fósforos para hacer LEDs blancos.

YAG, de itrio, fluoruro de litio itrio, itrio y ortovanadato se utilizan en combinación con agentes de dopado tales como neodimio, erbio, iterbio en láseres de infrarrojo cercano. YAG tienen la capacidad de operar a alta potencia y se utilizan para perforar a través de y de corte de metal. Los cristales individuales de YAG dopado se producen normalmente por el proceso de Czochralski.

Material potenciador

Pequeñas cantidades de itrio se han utilizado para reducir los tamaños de los granos de cromo, molibdeno, titanio, y circonio. También se utiliza para aumentar la resistencia de las aleaciones de aluminio y magnesio. La adición de itrio a las aleaciones generalmente mejora la trabajabilidad, añade resistencia a la recristalización de alta temperatura y mejora significativamente la resistencia a la oxidación a alta temperatura.

Itrio se puede utilizar para desoxidar vanadio y otros metales no ferrosos. Itria se utiliza para estabilizar la forma cúbica de óxido de circonio para uso en joyería.

Itrio se ha estudiado para su posible uso como nodulizer en la toma de fundición nodular, que ha aumentado la ductilidad. Óxido de itrio también puede ser utilizado en cerámica y fórmulas de vidrio, ya que tiene un alto punto de fusión e imparte resistencia a los golpes y las características de baja expansión térmica. Por lo tanto, se utiliza en lentes de las cámaras.

Médico

El isótopo radioactivo itrio-90 se utiliza en fármacos tales como itrio Y 90-DOTA-tyr3-octreótido y itrio Y 90 ibritumomab tiuxetan para el tratamiento de varios tipos de cáncer, incluyendo linfoma, leucemia, ovario, colorrectal, de páncreas, y cánceres de hueso. Funciona mediante la adhesión a los anticuerpos monoclonales, que a su vez se unen a las células cancerosas y matar a ellos a través de una intensa radiación desde el itrio-90.

Agujas hechas de itrio-90, que pueden cortar con mayor precisión que escalpelos, se han utilizado para cortar el dolor de los nervios que transmiten en la médula espinal, y el itrio-90 también se utiliza para llevar a cabo la sinovectomía radionúclido en el tratamiento de la inflamación de las articulaciones, especialmente las rodillas , en quienes sufren de condiciones tales como la artritis reumatoide.

Un láser de neodimio-dopado con itrio-aluminio-granate se ha utilizado en una prostatectomía radical experimental, asistida por robot en caninos en un intento de reducir el nervio colateral y daño a los tejidos, mientras que los dopados con erbio están empezando a ser utilizado en el rejuvenecimiento cosmético de la piel .

Los superconductores

Itrio se utilizó en el bario superconductor de óxido de cobre itrio desarrollado en la Universidad de Alabama y la Universidad de Houston en 1987. Este superconductor funcionar a 93 K, notable porque está por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido. Como el precio del nitrógeno líquido es menor que la de helio líquido, que debe ser utilizado para los superconductores metálicos, los costes de funcionamiento se reducen.

El material superconductor real se escribe a menudo como YBa2Cu3O7-d, donde d debe ser inferior a 0,7 para que el material superconductor. La razón de esto todavía no está clara, pero se sabe que las vacantes se producen sólo en ciertos lugares en el cristal, los aviones y las 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 superconductor comportamiento.

La teoría de la superconductividad de baja temperatura ha sido bien entendido ya que la teoría BCS fue propuesta en 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 exacto sigue siendo un misterio. Lo que se sabe es que la composición de los materiales de óxido de cobre debe ser controlada con precisión si la superconductividad se va a producir.

El material fue creado un multi-cristal mineral negro y verde, multi-fase. Los investigadores están estudiando una clase de materiales conocidos como perovskitas que son mezclas alternativas de estos elementos, con la esperanza de desarrollar finalmente un superconductor de alta temperatura práctica.

Precauciones

Compuestos de itrio solubles en agua se consideran ligeramente tóxico, mientras que sus compuestos insolubles no son tóxicos. En experimentos con animales, itrio y sus compuestos causados pulmonar y daño en el hígado, aunque la toxicidad varía con los diferentes compuestos de itrio. En ratas, la inhalación de itrio citrato causado edema pulmonar y disnea, mientras que la inhalación de cloruro de itrio produjo edema hígado, derrames pleurales, y la hiperemia pulmonar.

La exposición a los compuestos de itrio en los seres humanos puede causar enfermedad pulmonar. Los trabajadores expuestos al polvo en el aire vanadato de itrio europio experimentaron leve de los ojos, la piel y las vías respiratorias superiores irritación, aunque esto puede haber sido causado por el contenido de vanadio en lugar del itrio. La exposición aguda a compuestos de itrio puede causar dificultad para respirar, tos, dolor de pecho y cianosis. NIOSH recomienda un límite promedio ponderado en el tiempo de 1 mg/m3 y un IDLH de 500 mg/m3. Polvo itrio es inflamable.