Itri

Itri
	39Y
	estronci ← itri → zirconi
Aspecte
	Blanc platejat; ; ; ; Línies espectrals de l'itri
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Itri, Y, 39
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	3, 5, d
Pes atòmic estàndard	88,90585
Configuració electrònica	[Kr] 4d1 5s2; 2, 8, 18, 9, 2;
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat; (prop de la t. a.)	4,472 g·cm−3
Densitat del; líquid en el p. f.	4,24 g·cm−3
Punt de fusió	1.799 K, 1.526 °C
Punt d'ebullició	3.609 K, 3.336 °C
Entalpia de fusió	11,42 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	365 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	26,53 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	3, 2, 1 (òxid bàsic feble)
Electronegativitat	1,22 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 600 kJ·mol−1
	2a: 1.180 kJ·mol−1
	3a: 1.980 kJ·mol−1
Radi atòmic	180 pm
Radi covalent	190±7 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal ;
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(t. a.) (α, poli) 596 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	17,2 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(t. a.) (α, poli); 10,6 µm/(m·K)
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 3.300 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	63,5 GPa
Mòdul de cisallament	25,6 GPa
Mòdul de compressibilitat	41,2 GPa
Coeficient de Poisson	0,243
Duresa de Brinell	589 MPa
Nombre CAS	7440-65-5
Isòtops més estables
	Article principal: Isòtops de l'itri

L'itri és l'element químic de símbol Y i nombre atòmic 39. És un metall de transició del grup 3 de la taula periòdica i de l'agrupament de les terres rares. Fou descobert pel químic finlandès Johan Gadolin el 1794, essent el primer element de les terres rares en ser descobert. A la naturalesa se'l troba en abundància als minerals bastnäsita-(Y) i xenotima-(Y), dels quals s'obté. Té importants aplicacions en la societat actual, hom els troba al làser YAG (granat sintètic d'itri i alumini), també emprat en joieria com a substitut del diamant; en el superconductor ${\ce {YBa2Cu3O7}}$ ; en els díodes emissors de llum o LEDs blancs; en les pantalles de cristall líquid o LCD i en les pantalles de plasma.

Història

El 1787, el químic i lloctinent de l'armada sueca Carl Axel Arrhenius trobà una roca negra pesada en una vella pedrera prop de la població sueca de Ytterby (actualment part de l'arxipèlag d'Estocolm).^[2] Pensant que era un mineral desconegut que contenia un element acabat de descobrir el tungstè,^[3] el va anomenar iterbita^{[nota 1]} i envià mostres a químics per a la seva anàlisi.^[2]

Black and white bust painting of a young man with neckerchief in a coat. The hair is only faintly painted and looks grey. — Johan Gadolin descobrí l'òxid d'itri.

Johan Gadolin de l'Acadèmia d'Åbo identificà un nou òxid o "terra" a la mostra d'Arrhenius el 1789, i publicà l'anàlisi completa el 1794.^[4]^{[nota 2]} Anders Gustaf Ekeberg confirmà el 1797 i anomenà el nou òxid itria.^[5] Posteriorment Antoine Lavoisier desenvolupà la primera definició moderna d'element químic, es pensava que les terres podien reduir-se als seus elements, el que volia dir que el descobriment d'una nova terra volia dir el descobriment del nou element que hi havia dins, que en aquest cas hagués estat l'itri.^{[nota 3]}

El 1843, Carl Gustav Mosander trobà que les mostres d'itria contenien tres òxids: blanc òxid d'itri (itria), groc òxid de terbi (que va ser anomenat de forma confusa erbia a l'època) i el rosat òxid d'erbi (anomenat terbia a l'època).^[6] Un quart òxid, l'òxid d'iterbi, fou aïllat el 1878 per Jean-Charles Galissard de Marignac.^[7] Nous elements foren aïllats de cada un d'aquests òxids posteriorment, i cada element fou anomenat d'alguna manera a partir d'Ytterby, el poble prop de la pedrera, iterbi, terbi i erbi.^[8] Posteriorment se'n descobriren set nous metalls en la itria de Gadolin.^[2] Com que l'itria era un mineral i no un òxid, Martin Heinrich Klaproth la reanomenà gadolinita en honor de Gadolin.^[2]

El metall d'itri fou aïllat per primera vegada el 1828 quan Friedrich Wöhler escalfà clorur d'itri amb potassi:^[9]^[10]

${\ce {YCl3 + 3K -> Y + 3KCl}}$

Fins als anys 20, s'usà el símbol químic Yt per aquest element, després s'utilitzà Y.^[11]

El 1987, es troba l'òxid d'itri bari coure per aconseguir la superconductivitat d'alta temperatura.^[12] Fou el segon material conegut que exhibí aquesta propietat,^[12] i fou el primer material conegut en aconseguir la superconductivitat per sobre del (econòmicament important) punt d'ebullició del nitrogen.^{[nota 4]}

Estat natural i obtenció

Quant a la seva abundància, l'itri es col·loca en la trentena posició en ordre decreixent, amb un 0,0029 % d'abundància en l'escorça terrestre (el qual el fa pràcticament tan profús com el cobalt, el coure o el zinc). Tanmateix, els seus composts presenten una gran importància tecnològica, el que ha dut a que, a causa de la sobreexplotació, la Comunitat Europea l'hagi declarat com un dels elements "en perill d'extinció" en els propers 100 anys.^[13]

A la natura se'l troba formant desenes de minerals amb elevades proporcions. Els que superen un percentatge del 45 % són: Iimoriïta-(Y) 53,9 %, bastnäsita-(Y) 52,95 %, thalenita-(Y) 50,52 %, fluorthalenita-(Y) 50,33 %, xenotima-(Y) 48,35 %, kuliokita-(Y) 45,28 % i rowlandita-(Y) 45,26 %.^[14] Són de gran importància minera la bastnäsita-(Y) i la xenotima-(Y).

A l'anàlisi dels aproximadament 300 kg de materials que les missions Apollo de la NASA dugueren de la Lluna s'ha determinat una relativament elevada quantitat d'itri.^[15]

Se sol preparar comercialment de manera similar a com ho va fer Wöhler al segle xix, per reducció metalotèrmica de clorur d'itri amb calci:^[13]

${\ce {2YCl3 + 3Ca -> 2Y + 3CaCl2}}$

Propietats

Propietats físiques

L'itri és un metall platejat de densitat 4,469 g/cm³, punt de fusió 1522 °C i punt d'ebullició 3345 °C. És moderadament blan i és dúctil.^[16] El metall és paramagnètic i té una susceptibilitat magnètica independent de la temperatura entre 10 i 300 K (−263 i 27 °C). Es converteix en superconductor a 1,3 K (−271,9 °C) a pressions superiors als 110 kilobars.^[7]

L'itri existeix en dues formes al·lotròpiques (estructurals). La fase α és hexagonal compacta a temperatura ambient. La fase β és cúbica centrada en el cos a una temperatura de 1478 °C. La seva configuració electrònica és $[Kr]4d^{1}5s^{2}$ .^[7]

Propietats químiques

L'itri s'oxida lentament exposat a l'aire i es crema fàcilment per formar l'òxid d'itri de fórmula ${\ce {Y2O3}}$ :^[17] ${\ce {4 Y + 3 O2 -> 2 Y2O3}}$ És força electropositiu i actua sempre com a trivalent. Finament dividit o escalfat, reacciona amb l'aigua formant el catió itri(3+) amb despreniment d'hidrogen gas:^[17] ${\ce {2 Y(s) + 6 H2O(l) -> 2Y^3+(aq) + 6OH^- (aq) + 3 H2(g)}}$ Amb l'àcid clorhídric també dona cations itri(3+) i es desprèn hidrogen:

${\ce {2 Y(s) + 6 HCl(aq) -> 2Y^3+(aq) + 6Cl^- (aq) + 3 H2(g)}}$

Reacciona fàcilment amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs d'itri(3+):^[17]

Granat sintètic d'alumini i itri, YIG o òxid d'alumini i itri ${\ce {Y3Al5O12}}$

${\ce {2 Y (s) + 3 F2 (g) -> 2 YF3 (s)}}$ ${\ce {2 Y (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 YCl3 (s)}}$ ${\ce {2 Y (s) + 3 Br2 (g) -> 2 YBr3 (s)}}$ ${\ce {2 Y (s) + 3 I2 (g) -> 2 YI3 (s)}}$

Altres composts d'itri que s'han descrit són: l'antimonur d'itri ${\ce {YSb}}$ , l'arsenur d'itri ${\ce {YAs}}$ , l'hexaborur d'itri ${\ce {YB6}}$ , el dicarbur d'itri ${\ce {YC2}}$ , el fosfur d'itri ${\ce {YP}}$ , el sulfur d'itri ${\ce {Y2S3}}$ , el carbonat d'itri—aigua(1/3) ${\ce {Y2(CO3)3*3H2O}}$ , l'hidròxid d'itri ${\ce {Y(OH)3}}$ , el nitrat d'itri i dos hidrats seus ${\ce {Y(NO3)3}}$ , ${\ce {Y(NO3)3*4H2O}}$ , ${\ce {Y(NO3)3*6H2O}}$ i el sulfat d'itri—aigua(1/8) ${\ce {Y2(SO4)3*8H2O}}$ . Altres composts més complexos són el granat sintètic de ferro i itri, YIG o òxid d'itri i ferro, ${\ce {Y3Fe5O12}}$ i el granat sintètic d'alumini i itri, YAG o òxid d'alumini i itri ${\ce {Y3Al5O12}}$ .^[16]

Isòtops

L'itri 89 és estable i és l'únic isòtop que es hom pot trobar de manera natural. S'han detectat un total de 33 radioisòtops (excloent els isòmers nuclears) de l'itri que van en nombre màssic de 77 a 109 i període de semidesintegració de 41 mil·lisegons (itri 108) fins a 106,63 dies (itri 88).^[7]

Aplicacions

Indústria metal·lúrgica

L'itri s'afegeix a aliatges de magnesi i alumini amb la finalitat d'aportar protecció contra la corrosió. El granat sintètic YAG (acrònim de l'anglès yttrium aluminium garnet) de fórmula ${\ce {Y3Al5O12}}$ , això és, òxid d'alumini i itri, dopat amb neodimi, és el component bàsic dels potents làsers Nd:YAG que emeten llum de longitud d'ona 1 064 nm a la zona de l'infraroig, i que són emprats en soldadures i en el tallat de materials.^[18]

Indústria electrònica

L'itri té un ús destacat en la tecnologia dels díodes emissors de llum, o LEDs, de color blanc. També s'usa en els llums fluorescents per a produir una llum blanca intensa amb un estalvi important d'energia. L'itri, activat pel terbi, és usat com a material fosforescent (fosforòfor) blau i lila en la fabricació de pantalles de plasma i pantalles de cristall líquid LCD.^[18]

Per altra banda, el granat d'itri i ferro o YIG (acrònim de l'anglès yttrium iron garnet) és l'òxid d'itri i ferro ${\ce {Y3Fe5O12}}$ que és un material ferromagnètic usat com a transmissor i transductor d'energia acústica, en el disseny de radars o en filtres per a microones.^[13]

Medicina

Els làsers Nd:YVO₄-YAG (neodimi-itri-vanadat/itri-alumini-granat) són de gran utilitat en oftalmologia, dermatologia i otorrinolaringologia. L'isòtop radioactiu itri 90 és usat en el tractament dels càncers d'ossos, ovaris, pàncrees i de la leucèmia.^[18]

Levitació d'un imant superconductor ${\ce {YBa2Cu3O7}}$ refredat amb nitrogen líquid a –196 °C

Joieria

El granat de itri i alumini (YAG) presenta una duresa (8 en l'escala de Mohs) i aspecte similar a la del diamant (duresa 10 en l'escala de Mohs), sent usat en joieria. La seva estructura és igual a la dels granats naturals. Es poden obtenir YAGs acolorits afegint els dopants apropiats. Els liles tenen neodimi, terres rares en colors grocs i verds, erbi per a pedres roses, cobalt per blau i crom per verd.^[19]

Altres camps

Un ús important de l'itri és en la fabricació de superconductors d'altes temperatures, com ara ${\ce {YBa2Cu3O7}}$ , que té una temperatura de transició superconductora de –180 °C, per damunt del punt d'ebullició del nitrogen líquid que és de –196 °C. S'empra per a línies de transmissió d'energia elèctrica i imants superconductors.^[7]

L'òxid d'itri i el de lantani són els substituts del tori en les camises dels llums de gas, perquè són resistents a la calor i donen una llum molt intensa quan s'escalfen.^[18] També serveix com a precursor d'un bon nombre de materials de gran interès. Afegit a l'òxid de zirconi ${\ce {ZrO2}}$ en proporcions variables pot donar lloc a la formació de YSZ (zircònia estabilitzada amb itri) o PSZ (zircònia parcialment estabilitzada). La primera té estructura cúbica i presenta conductivitat iònica en estat sòlid i propietats refractàries, fet que permet el seu ús com a electròlit, tant en sensors d'oxigen d'alta temperatura com en cel·les de combustible d'òxid sòlid (SOFC) per a la generació d'electricitat a partir de la reacció electroquímica d'oxigen de l'aire i hidrogen. La segona, amb estructura tetragonal, és una ceràmica altament tenaç.^[13]

Vegeu també

Xenotima

Referències

↑ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81a edició, CRC press.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Van der Krogt 2005
↑ Emsley 2001, p. 496
↑ Gadolin 1794
↑ Greenwood 1997, p. 944
↑ Carl Gustav, Mosander «Ueber die das Cerium begleitenden neuen Metalle Lathanium und Didymium, so wie über die mit der Yttererde vorkommen-den neuen Metalle Erbium und Terbium» (en alemany). Annalen der Physik und Chemie, 60, 2, 1843, pàg. 297–315. DOI: 10.1002/andp.18431361008.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 ^7,4 «Yttrium | chemical element» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 26-02-2017. [Consulta: 13 febrer 2020].
↑ Stwertka 1998, p. 115
↑ Heiserman, David L. «Element 39: Yttrium». A: Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books, 1992, p. 150–152. ISBN 0-8306-3018-X.
↑ Wöhler, Friedrich «Ueber das Beryllium und Yttrium». Annalen der Physik, 89, 8, 1828, pàg. 577–582. DOI: 10.1002/andp.18280890805.
↑ Coplen, Tyler B.; Peiser, H. S. «History of the Recommended Atomic-Weight Values from 1882 to 1997: A Comparison of Differences from Current Values to the Estimated Uncertainties of Earlier Values (Technical Report)». Pure Appl. Chem.. IUPAC's Inorganic Chemistry Division Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances, 70, 1, 1998, pàg. 237–257. DOI: 10.1351/pac199870010237.
↑ ^12,0 ^12,1 Wu, M. K.; Ashburn, J. R.; Torng, C. J.; Hor, P. H.; Meng, R. L.; Gao, L.; Huang, Z. J.; Wang, Y. Q. and Chu, C. W. «Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure». Physical Review Letters, 58, 1987, pàg. 908–910. DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.908.
↑ ^13,0 ^13,1 ^13,2 ^13,3 Berenguer Marín, J.R. «Z = 39, itrio, Y. El “portal” de las tierras raras en tu móvil». An. Quím., 115, 2, 2019. Arxivat de l'original el 2020-02-07 [Consulta: 13 febrer 2020].
↑ «Mineral Species sorted by the element Y Yttrium». [Consulta: 13 febrer 2020].
↑ Emsley, John.. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5.
↑ ^16,0 ^16,1 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data.. 2016-2017, 97a edició. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016. ISBN 978-1-4987-5429-3.
↑ ^17,0 ^17,1 ^17,2 «WebElements Periodic Table » Yttrium » reactions of elements». [Consulta: 14 gener 2020].
↑ ^18,0 ^18,1 ^18,2 ^18,3 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals: aplicacions i reciclatge. 3a. Iniciativa Digital Politècnica, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3.
↑ «YAG – Fichas Gemas – Gemología MLLOPIS» (en castellà). [Consulta: 14 febrer 2020].

Notes

↑ Pel nom del poble on va ser descobert més la terminació -ita de mineral.
↑ Stwertka 1998, p. 115 diu que la identificació fou 1789 però no diu quan es produí l'anunci. Van der Krogt 2005 cita la publicació original amb l'any 1794, de Gadolin.
↑ A les terres se'ls donà la terminació -a i als nous elements la terminació -i
↑ T_c per l'OYBC és 93 K i el punt d'ebullició del nitrogen és 77 K.

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Itri

Los Alamos National Laboratory - Itri Arxivat 2005-04-08 a Wayback Machine. (anglès)
webelements.com - Itri (anglès)
environmentalchemistry.com - Itri (anglès)

Viccionari

[magnet-1] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81a edició, CRC press.

[Krogt-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Van der Krogt 2005

[Emsley496-3] Emsley 2001, p. 496

[5] Gadolin 1794

[Greenwood1997p944-7] Greenwood 1997, p. 944

[9] Carl Gustav, Mosander «Ueber die das Cerium begleitenden neuen Metalle Lathanium und Didymium, so wie über die mit der Yttererde vorkommen-den neuen Metalle Erbium und Terbium» (en alemany). Annalen der Physik und Chemie, 60, 2, 1843, pàg. 297–315. DOI: 10.1002/andp.18431361008.

[:1-10] 7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 ^7,4 «Yttrium | chemical element» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 26-02-2017. [Consulta: 13 febrer 2020].

[Stwertka115-11] Stwertka 1998, p. 115

[12] Heiserman, David L. «Element 39: Yttrium». A: Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books, 1992, p. 150–152. ISBN 0-8306-3018-X.

[13] Wöhler, Friedrich «Ueber das Beryllium und Yttrium». Annalen der Physik, 89, 8, 1828, pàg. 577–582. DOI: 10.1002/andp.18280890805.

[14] Coplen, Tyler B.; Peiser, H. S. «History of the Recommended Atomic-Weight Values from 1882 to 1997: A Comparison of Differences from Current Values to the Estimated Uncertainties of Earlier Values (Technical Report)». Pure Appl. Chem.. IUPAC's Inorganic Chemistry Division Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances, 70, 1, 1998, pàg. 237–257. DOI: 10.1351/pac199870010237.

[Wu-15] 12,0 ^12,1 Wu, M. K.; Ashburn, J. R.; Torng, C. J.; Hor, P. H.; Meng, R. L.; Gao, L.; Huang, Z. J.; Wang, Y. Q. and Chu, C. W. «Superconductivity at 93 K in a New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure». Physical Review Letters, 58, 1987, pàg. 908–910. DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.908.

[:3-17] 13,0 ^13,1 ^13,2 ^13,3 Berenguer Marín, J.R. «Z = 39, itrio, Y. El “portal” de las tierras raras en tu móvil». An. Quím., 115, 2, 2019. Arxivat de l'original el 2020-02-07 [Consulta: 13 febrer 2020].

[18] «Mineral Species sorted by the element Y Yttrium». [Consulta: 13 febrer 2020].

[19] Emsley, John.. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5.

[:2-20] 16,0 ^16,1 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data.. 2016-2017, 97a edició. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016. ISBN 978-1-4987-5429-3.

[:02-21] 17,0 ^17,1 ^17,2 «WebElements Periodic Table » Yttrium » reactions of elements». [Consulta: 14 gener 2020].

[:0-22] 18,0 ^18,1 ^18,2 ^18,3 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals: aplicacions i reciclatge. 3a. Iniciativa Digital Politècnica, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3.

[23] «YAG – Fichas Gemas – Gemología MLLOPIS» (en castellà). [Consulta: 14 febrer 2020].

[4] Pel nom del poble on va ser descobert més la terminació -ita de mineral.

[6] Stwertka 1998, p. 115 diu que la identificació fou 1789 però no diu quan es produí l'anunci. Van der Krogt 2005 cita la publicació original amb l'any 1794, de Gadolin.

[8] A les terres se'ls donà la terminació -a i als nous elements la terminació -i

[16] T_c per l'OYBC és 93 K i el punt d'ebullició del nitrogen és 77 K.

[1]

[2]

[3]

[nota 1]

[4]

[nota 2]

[5]

[nota 3]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[nota 4]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]