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.
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Estructura
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.
Configuración electrónica
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.
Propiedades del itrio
Apariencia física
Metal sólido de color blanco plateado, lustroso y altamente cristalino, inodoro, que puede conseguirse como polvo gris oscuro.
Número atómico
39
Masa molar
89.905 g/mol
Punto de fusión
1526 ºC
Punto de ebullición
2930 ºC
Densidad
4.472 g/cm3
Calor de fusión
11.42 kJ/mol
Calor de vaporización
363 kJ/mol
Capacidad calórica molar
26.53 J/(mol·K)
Estados de oxidación
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.
Electronegatividad
1.22 en la escala de Pauling
Energías de ionización
Primera: 600 kJ/mol
Segunda: 1180 kJ/mol
Tercera: 1980 kJ/mol
Orden magnético
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.
Reactividad y compuestos
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.
Usos
Televisión a color
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.
Granates
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.
Aleaciones
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.
Médicos
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.
Cerámica y vidrio
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.
Pigmento
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.
Otros
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).
Obtención
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.
Isótopos
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.
Referencias
- 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
FAQs
¿Qué propiedades tiene el itrio? ›
El itrio es un metal plateado, brillante, ligero, dúctil y maleable. Su punto de ebullición es de 3609 K. Químicamente se asemeja a los lantánidos. Es bastante estable en el aire, ya que arde por encima de los 600 K, pero reactivo en ciertas condiciones.
¿Qué es el itrio de la tabla periódica? › ¿Qué tipo de enlace es el itrio? ›de enlace covalente, metálico o iónico.
¿Cuál es el número atómico de itrio? › ¿Cómo se extrae el itrio? ›El itrio está presente en casi todos los minerales de tierras raras. Se obtiene de la extracción de los minerales bastnasita, fergusonita, monacita, samarskita y xenotima , que se extraen en EE. UU., China, Australia, India y Brasil.
¿Qué alimentos contienen itrio? ›A continuación os indicamos los alimentos más ricos en yodo: Pescados y mariscos: arenque, bacalao, mejillones, salmón, lenguado, almejas, berberechos, etc. Cereales: trigo, arroz, avena y centeno.
¿Con qué elementos reacciona el itrio? ›El itrio es muy reactivo con los halógenos flúor, F 2 , cloro, Cl 2 , bromo, Br 2 , y yodo, I 2 , y se quema para formar los trihaluros fluoruro de itrio(III), YF 3 , cloruro de itrio(III), YCl 3 , bromuro de itrio(III), YBr 3 , y yoduro de itrio(III), YI 3 respectivamente.
¿Cuántos electrones tiene el itrio? ›Los átomos de itrio tienen 39 electrones y la estructura de la capa es 2,8.
¿El itrio conduce el calor? ›El itrio es un buen conductor de la electricidad y el calor , y es fácil de moldear en diferentes formas. La mayoría de los usos de este interesante elemento utilizan óxido de itrio, que es itrio combinado con oxígeno, en lugar de itrio metálico.
¿Quién fue el que descubrio el itrio? ›¿El itrio forma un ion? ›
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 Y3+ es incoloro en solución debido a la ausencia de electrones en las capas de electrones d y f.
¿Dónde se descubrió el itrio? ›Fondo. Yttria (Y), una tierra que contiene itrio fue descubierta en 1794 por Gadolin. Fue encontrado en una cantera ubicada en Ytterby en Suecia . Este sitio produjo varios minerales inusuales que contenían tierras raras y otros elementos.
¿Cuánto itrio hay en la tierra? ›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. Alrededor de 31 ppm de la corteza terrestre es itrio, lo que lo convierte en el vigésimo octavo elemento más abundante, 400 veces más común que la plata.
¿Se usa itrio en las cámaras? ›Elemento científico: Itrio
El óxido de itrio se agrega al vidrio que se usa para fabricar lentes de cámaras para que sean resistentes al calor y los golpes .
El itrio es principalmente peligroso en el entorno de trabajo, debido al hecho de que las humedades y los gases pueden inhalarse con el aire. Esto puede causar embolias pulmonares, especialmente durante la exposición a largo plazo. El itrio también puede causar cáncer en humanos, ya que aumenta las posibilidades de cáncer de pulmón cuando se inhala .
¿Cuál es el uso del titanio? ›El titanio es un metal muy dúctil, con alta resistencia al índice de peso y excelente resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Se utiliza ampliamente en el sector aeronáutico, químico y médico, donde la seguridad y el control de calidad son esenciales.
¿Cuál es el uso del zirconio? ›El circonio se utiliza en los cambiadores de calor, válvulas, en la fabricación de filamentos para flashes y equipos sujetos a la corrosión por ácidos. Aleaciones especiales del metal , que contienen 1,5% de estaño, se usan en reactores nucleares como revestimiento de los combustibles y como material estructural.