Ítrio - Yttrium

Ítrio,  39 Y
Dendrítico sublimado com ítrio e cubo de 1cm3.jpg
Ítrio
Pronúncia / t r i ə m / ( IT -ree-əm )
Aparência branco prateado
Peso atômico padrão A r, std (Y) 88,905 84 (1)
Ítrio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Sc

Y

Lu
estrôncioítriozircônio
Número atômico ( Z ) 39
Grupo grupo 3
Período período 5
Bloquear   bloco d
Configuração de elétron [ Kr ] 4d 1 5s 2
Elétrons por camada 2, 8, 18, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1799  K (1526 ° C, 2779 ° F)
Ponto de ebulição 3203 K (2930 ° C, 5306 ° F)
Densidade (próximo à  rt ) 4,472 g / cm 3
quando líquido (em  mp ) 4,24 g / cm 3
Calor de fusão 11,42  kJ / mol
Calor da vaporização 363 kJ / mol
Capacidade de calor molar 26,53 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 1883 2075 (2320) (2627) (3036) (3607)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 0, +1, +2, +3 (um óxido fracamente básico )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 1,22
Energias de ionização
Raio atômico empírico: 180  pm
Raio covalente 190 ± 19h
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de ítrio
Outras propriedades
Ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal hexagonal fechado (hcp)
Estrutura de cristal hexagonal compactada para ítrio
Velocidade do som haste fina 3300 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica α, poli: 10,6 µm / (m⋅K) (à temperatura ambiente )
Condutividade térmica 17,2 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica α, poli: 596 nΩ⋅m (à temperatura ambiente )
Ordenação magnética paramagnético
Suscetibilidade magnética molar +2,15 × 10 −6  cm 3 / mol (2928 K)
Módulo de Young 63,5 GPa
Módulo de cisalhamento 25,6 GPa
Módulo de massa 41,2 GPa
Coeficiente de Poisson 0,243
Dureza Brinell 200–589 MPa
Número CAS 7440-65-5
História
Nomeação depois de Ytterby (Suécia) e seu mineral itterbita  (gadolinita)
Descoberta Johan Gadolin (1794)
Primeiro isolamento Friedrich Wöhler (1838)
Isótopos principais de ítrio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
87 Y syn 3,4 d ε 87 Sr
γ -
88 Y syn 106,6 d ε 88 Sr
γ -
89 Y 100% estábulo
90 Y syn 2,7 d β - 90 Zr
γ -
91 Y syn 58,5 d β - 91 Zr
γ -
Categoria Categoria: Ítrio
| referências

Ítrio é um elemento químico com o símbolo Y e número atômico 39. É um metal de transição metálico prateado quimicamente semelhante aos lantanídeos e frequentemente classificado como um " elemento de terra rara ". O ítrio é quase sempre encontrado em combinação com elementos lantanídeos em minerais de terras raras e nunca é encontrado na natureza como um elemento livre. 89 Y é o único isótopo estável e o único isótopo encontrado na crosta terrestre .

Os usos mais importantes do ítrio são os LEDs e os fósforos , particularmente os fósforos vermelhos nos visores de tubo de raios catódicos de televisores . O ítrio também é usado na produção de eletrodos , eletrólitos , filtros eletrônicos , lasers , supercondutores , várias aplicações médicas e rastreio de vários materiais para aprimorar suas propriedades.

O ítrio não tem função biológica conhecida . A exposição a compostos de ítrio pode causar doenças pulmonares em humanos.

O elemento recebeu o nome de itterbita , um mineral identificado pela primeira vez em 1787 pelo químico Arrhenius . Ele deu ao mineral o nome da vila de Ytterby , na Suécia , onde foi descoberto. Quando um dos produtos químicos na itterbita mais tarde foi descoberto ser o elemento não identificado anteriormente, o ítrio, o elemento recebeu o nome do mineral.

Características

Propriedades

O ítrio é um suave, prata metálica, brilhante e altamente cristalina do metal de transição no grupo 3 . Conforme esperado por tendências periódicas , é menos eletronegativo que seu predecessor no grupo, escândio , e menos eletronegativo que o próximo membro do período 5 , zircônio ; além disso, é mais eletronegativo do que o lantânio , mas menos eletronegativo do que o lutécio devido à contração dos lantanídeos . Ítrio é o primeiro elemento do bloco d no quinto período.

O elemento puro é relativamente estável no ar na forma a granel, devido à passivação de um óxido protetor ( Y
2
O
3
) filme que se forma na superfície. Este filme pode atingir uma espessura de 10  µm quando o ítrio é aquecido a 750 ° C em vapor de água . Quando finamente dividido, entretanto, o ítrio é muito instável no ar; aparas ou aparas de metal podem inflamar-se ao ar a temperaturas superiores a 400 ° C. O nitreto de ítrio (YN) é formado quando o metal é aquecido a 1000 ° C em nitrogênio .

Semelhança com os lantanídeos

As semelhanças do ítrio com os lantanídeos são tão fortes que o elemento foi historicamente agrupado com eles como um elemento de terras raras e sempre é encontrado na natureza junto com eles em minerais de terras raras . Quimicamente, o ítrio se assemelha mais a esses elementos do que seu vizinho na tabela periódica, escândio , e se as propriedades físicas fossem plotadas contra o número atômico , ele teria um número aparente de 64,5 a 67,5, colocando-o entre os lantanídeos gadolínio e érbio .

Freqüentemente, também cai na mesma faixa de ordem de reação, assemelhando-se ao térbio e ao disprósio em sua reatividade química. O ítrio é tão próximo em tamanho ao chamado 'grupo do ítrio' de íons lantanídeos pesados ​​que, em solução, se comporta como se fosse um deles. Mesmo que os lantanídeos estejam uma linha abaixo na tabela periódica do que o ítrio, a semelhança no raio atômico pode ser atribuída à contração dos lantanídeos .

Uma das poucas diferenças notáveis ​​entre a química do ítrio e a dos lantanídeos é que o ítrio é quase exclusivamente trivalente , enquanto cerca de metade dos lantanídeos pode ter valências diferentes de três; no entanto, apenas para quatro dos quinze lantanídeos essas outras valências são importantes em solução aquosa ( Ce IV , Sm II , Eu II e Yb II ).

Compostos e reações

Esquerda: Sais de ítrio solúveis reagem com carbonato, formando carbonato de ítrio precipitado branco. Direita: O carbonato de ítrio é solúvel em excesso de solução de carbonato de metal alcalino

Como um metal de transição trivalente, o ítrio forma vários compostos inorgânicos , geralmente no estado de oxidação de +3, liberando todos os três elétrons de valência . Um bom exemplo é óxido de ítrio (III) ( Y
2
O
3
), também conhecido como ítria, um sólido branco de seis coordenadas .

O ítrio forma um fluoreto , hidróxido e oxalato insolúvel em água , mas seu brometo , cloreto , iodeto , nitrato e sulfato são todos solúveis em água. O íon Y 3+ é incolor em solução por causa da ausência de elétrons nas camadas de elétrons d e f .

A água reage prontamente com o ítrio e seus compostos para formar Y
2
O
3
. Os ácidos nítrico e fluorídrico concentrados não atacam rapidamente o ítrio, mas outros ácidos fortes sim.

Com os halogênios , o ítrio forma trihaletos , como o fluoreto de ítrio (III) ( YF
3
), cloreto de ítrio (III) ( YCl
3
), e brometo de ítrio (III) ( YBr
3
) a temperaturas acima de aproximadamente 200 ° C. Da mesma forma, carbono , fósforo , selênio , silício e enxofre formam compostos binários com ítrio em temperaturas elevadas.

A química do organotrio é o estudo de compostos contendo ligações carbono-ítrio. Alguns deles são conhecidos por terem ítrio no estado de oxidação 0. (O estado +2 foi observado em derretimentos de cloreto e +1 em aglomerados de óxidos na fase gasosa.) Algumas reações de trimerização foram geradas com compostos de organotrio como catalisadores. Estas sínteses usam YCl
3
como material de partida, obtido de Y
2
O
3
e ácido clorídrico concentrado e cloreto de amônio .

Hapticidade é um termo para descrever a coordenação de um grupo de átomos contíguos de um ligante ligado ao átomo central; é indicado pelo caractere grego eta , η. Os complexos de ítrio foram os primeiros exemplos de complexos em que os ligantes carboranil foram ligados ao centro de metal ad 0 através de uma η 7 -hapticidade. Vaporização dos compostos de intercalação de grafite grafite – Y ou grafite– Y
2
O
3
leva à formação de fulerenos endoédricos como Y @ C 82 . Estudos de ressonância de spin de elétrons indicaram a formação de pares de íons Y 3+ e (C 82 ) 3− . Os carbonetos Y 3 C, Y 2 C e YC 2 podem ser hidrolisados ​​para formar hidrocarbonetos .

Isótopos e nucleossíntese

O ítrio no Sistema Solar foi criado por meio da nucleossíntese estelar , principalmente pelo processo s (≈72%), mas também pelo processo r (≈28%). O processo r consiste na rápida captura de nêutrons por elementos mais leves durante as explosões de supernova . O processo s é uma captura lenta de nêutrons de elementos mais leves dentro de estrelas gigantes vermelhas pulsantes .

Mancha amarela granulada de formato irregular com borda vermelha em fundo preto
Mira é um exemplo do tipo de estrela gigante vermelha em que a maior parte do ítrio do sistema solar foi criada

Os isótopos de ítrio estão entre os produtos mais comuns da fissão nuclear do urânio em explosões nucleares e reatores nucleares. No contexto da gestão de resíduos nucleares , os isótopos de ítrio mais importantes são 91 Y e 90 Y, com meias-vidas de 58,51 dias e 64 horas, respectivamente. Embora 90 Y tenha uma meia-vida curta, ele existe em equilíbrio secular com seu isótopo pai de longa duração, o estrôncio-90 ( 90 Sr), com meia-vida de 29 anos.

Todos os elementos do grupo 3 têm um número atômico ímpar e, portanto, poucos isótopos estáveis . O escândio tem um isótopo estável e o próprio ítrio tem apenas um isótopo estável, 89 Y, que também é o único isótopo que ocorre naturalmente. No entanto, as terras raras dos lantanídeos contêm elementos de número atômico par e muitos isótopos estáveis. Acredita-se que o ítrio-89 seja mais abundante do que seria, em parte devido ao processo s, que permite tempo suficiente para os isótopos criados por outros processos decaírem por emissão de elétrons (nêutron → próton). Esse processo lento tende a favorecer isótopos com números de massa atômica (A = prótons + nêutrons) em torno de 90, 138 e 208, que têm núcleos atômicos excepcionalmente estáveis com 50, 82 e 126 nêutrons, respectivamente. Acredita-se que essa estabilidade resulte de sua seção transversal de captura de nêutrons muito baixa . ( Greenwood 1997 , pp. 12-13). A emissão de elétrons de isótopos com esses números de massa é simplesmente menos prevalente devido a essa estabilidade, resultando em uma abundância maior. 89 Y tem um número de massa próximo a 90 e 50 nêutrons em seu núcleo.

Foram observados pelo menos 32 isótopos sintéticos de ítrio, e estes variam em número de massa atômica de 76 a 108. O menos estável deles é 106 Y com meia-vida de> 150  ns ( 76 Y tem meia-vida> 200 ns) e o mais estável é 88 Y com meia-vida de 106,626 dias. Com exceção dos isótopos 91 Y, 87 Y e 90 Y, com meia-vida de 58,51 dias, 79,8 horas e 64 horas, respectivamente, todos os outros isótopos têm meia-vida de menos de um dia e a maioria de menos de um hora.

Isótopos de ítrio com números de massa iguais ou abaixo de 88 decaem principalmente por emissão de pósitrons (próton → nêutron) para formar isótopos de estrôncio ( Z = 38). Isótopos de ítrio com números de massa iguais ou superiores a 90 decaem principalmente por emissão de elétrons (nêutron → próton) para formar isótopos de zircônio (Z = 40). Os isótopos com números de massa igual ou superior a 97 também são conhecidos por terem vias menor deterioração de β - retardada emissão de neutrões .

O ítrio tem pelo menos 20 isômeros metaestáveis ​​("excitados") variando em número de massa de 78 a 102. Múltiplos estados de excitação foram observados para 80 Y e 97 Y. Embora a maioria dos isômeros de ítrio deva ser menos estável do que seu estado fundamental , 78m Y, 84m Y, 85m Y, 96m Y, 98m1 Y, 100m Y e 102m Y têm meia-vida mais longa do que seus estados fundamentais, pois esses isômeros decaem por decaimento beta em vez de transição isomérica .

História

Em 1787, o químico de meio período Carl Axel Arrhenius encontrou uma pesada rocha negra em uma velha pedreira perto da vila sueca de Ytterby (agora parte do arquipélago de Estocolmo ). Pensando que se tratava de um mineral desconhecido contendo o elemento recém-descoberto tungstênio , ele o chamou de itterbita e enviou amostras a vários químicos para análise.

Pintura em preto e branco do busto de um jovem com lenço no pescoço em um casaco.  O cabelo está pintado de leve e parece grisalho.
Johan Gadolin descobriu o óxido de ítrio

Johan Gadolin , da Universidade de Åbo, identificou um novo óxido (ou " terra ") na amostra de Arrhenius em 1789 e publicou sua análise completa em 1794. Anders Gustaf Ekeberg confirmou a identificação em 1797 e chamou o novo óxido de ítria . Nas décadas após Antoine Lavoisier desenvolver a primeira definição moderna de elementos químicos , acreditava-se que as terras poderiam ser reduzidas aos seus elementos, o que significa que a descoberta de uma nova terra era equivalente à descoberta do elemento interno, que neste caso seria foram ítrio .

Friedrich Wöhler é creditado por isolar o metal pela primeira vez em 1828, reagindo um cloreto volátil que ele acreditava ser cloreto de ítrio com potássio.

Em 1843, Carl Gustaf Mosander descobriu que as amostras de ítria continham três óxidos: óxido de ítrio branco (ítria), óxido de térbio amarelo (confusamente, isso era chamado de 'érbio' na época) e óxido de érbio de cor rosa (chamado 'térbio' em A Hora). Um quarto óxido, o óxido de itérbio , foi isolado em 1878 por Jean Charles Galissard de Marignac . Mais tarde, novos elementos foram isolados de cada um desses óxidos, e cada elemento foi nomeado, de alguma forma, após Ytterby, a aldeia perto da pedreira onde foram encontrados (ver itérbio , térbio e érbio ). Nas décadas seguintes, sete outros novos metais foram descobertos no "ítria de Gadolin". Como a ítria foi considerada um mineral e não um óxido, Martin Heinrich Klaproth a renomeou como gadolinita em homenagem a Gadolin.

Até o início dos anos 1920, o símbolo químico Yt era usado para o elemento, após o qual Y passou a ser usado normalmente .

Em 1987, descobriu-se que o óxido de ítrio , bário e cobre atingia a supercondutividade em alta temperatura . Foi apenas o segundo material conhecido a exibir essa propriedade, e foi o primeiro material conhecido a atingir supercondutividade acima do ponto de ebulição (economicamente importante) do nitrogênio.

Ocorrência

Três cristais marrons em forma de coluna em um fundo branco
Cristais de xenotime contêm ítrio

Abundância

Ítrio é encontrado na maioria dos minerais de terras raras , é encontrado em alguns minérios de urânio , mas nunca é encontrado na crosta terrestre como um elemento livre. Cerca de 31  ppm da crosta terrestre é o ítrio, tornando-o o 28º elemento mais abundante, 400 vezes mais comum do que a prata . O ítrio é encontrado no solo em concentrações entre 10 e 150 ppm (peso seco médio de 23 ppm) e na água do mar em 9  ppt . Amostras de rochas lunares coletadas durante o Projeto Apollo americano têm um conteúdo relativamente alto de ítrio.

O ítrio não tem função biológica conhecida, embora seja encontrado na maioria dos organismos, senão em todos, e tenda a se concentrar no fígado, rins, baço, pulmões e ossos dos seres humanos. Normalmente, apenas 0,5 miligramas são encontrados em todo o corpo humano; humano leite materno contém 4 ppm. O ítrio pode ser encontrado em plantas comestíveis em concentrações entre 20 ppm e 100 ppm (peso fresco), sendo o repolho a maior quantidade. Com até 700 ppm, as sementes de plantas lenhosas têm as maiores concentrações conhecidas.

Em abril de 2018, há relatos da descoberta de grandes reservas de elementos de terras raras em uma pequena ilha japonesa. A Ilha Minami-Torishima , também conhecida como Ilha Marcus, é descrita como tendo "um potencial tremendo" para elementos de terras raras e ítrio (REY), de acordo com um estudo publicado na Scientific Reports. "Esta lama rica em REY tem grande potencial como recurso de metal de terras raras devido à enorme quantidade disponível e suas características mineralógicas vantajosas", diz o estudo. O estudo mostra que mais de 16 milhões de toneladas de elementos de terras raras podem ser "explorados em um futuro próximo". Incluindo o ítrio (Y), que é usado em produtos como lentes de câmeras e telas de telefones celulares, os elementos de terras raras encontrados são európio (Eu), térbio (Tb) e disprósio (Dy).

Produção

Como o ítrio é quimicamente semelhante aos lantanídeos, ocorre nos mesmos minérios ( minerais de terras raras ) e é extraído pelos mesmos processos de refinamento. Uma ligeira distinção é reconhecida entre os elementos leves (LREE) e pesados ​​de terras raras (HREE), mas a distinção não é perfeita. O ítrio está concentrado no grupo HREE por causa de seu tamanho de íon, embora tenha uma massa atômica menor .

Peça em forma de cubo de metal cinza sujo com uma estrutura superficial irregular.
Um pedaço de ítrio. O ítrio é difícil de separar de outros elementos de terras raras.

Os elementos de terras raras (REEs) vêm principalmente de quatro fontes:

  • Minérios contendo carbonato e fluoreto, como o bastnäsita LREE ([(Ce, La, etc.) (CO 3 ) F]) contêm uma média de 0,1% de ítrio em comparação com os 99,9% para os outros 16 REEs. A principal fonte de bastnäsite da década de 1960 a 1990 foi a mina de terras raras de Mountain Pass na Califórnia, tornando os Estados Unidos o maior produtor de REEs durante esse período. O nome "bastnäsita" é na verdade um nome de grupo e o sufixo de Levinson é usado nos nomes de minerais corretos, por exemplo, bästnasite- (Y) tem Y como elemento predominante.
  • Monazita ([( Ce , La , etc.) PO 4 ]), que é principalmente fosfato, é um depósito de areia criado pelo transporte e separação gravitacional do granito erodido. A monazita como minério LREE contém 2% (ou 3%) de ítrio. Os maiores depósitos foram encontrados na Índia e no Brasil no início do século 20, tornando esses dois países os maiores produtores de ítrio na primeira metade daquele século. Do grupo monazita, o membro dominante Ce, monazita- (Ce), é o mais comum.
  • Xenotime , um fosfato REE, é o principal minério HREE que contém tanto quanto 60% de ítrio quanto fosfato de ítrio (YPO 4 ). Isso se aplica a xenotime- (Y). A maior mina é o depósito de Bayan Obo na China, tornando a China o maior exportador de HREE desde o fechamento da mina de Mountain Pass na década de 1990.
  • As argilas de absorção de íons ou argilas Lognan são os produtos de intemperismo do granito e contêm apenas 1% de REEs. O concentrado de minério final pode conter até 8% de ítrio. As argilas de absorção de íons estão principalmente no sul da China. O ítrio também é encontrado na samarskita e na fergusonita (que também representam nomes de grupos).

Um método para obter ítrio puro a partir dos minérios de óxidos mistos é dissolver o óxido em ácido sulfúrico e fracioná-lo por cromatografia de troca iônica . Com a adição de ácido oxálico , o oxalato de ítrio precipita. O oxalato é convertido no óxido por aquecimento sob oxigênio. Ao reagir o óxido de ítrio resultante com fluoreto de hidrogênio , o fluoreto de ítrio é obtido. Quando os sais de amônio quaternário são usados ​​como extratantes, a maior parte do ítrio permanecerá na fase aquosa. Quando o contra-íon é nitrato, os lantanídeos leves são removidos, e quando o contra-íon é tiocianato, os lantanídeos pesados ​​são removidos. Desta forma, são obtidos sais de ítrio com pureza de 99,999%. Na situação usual, onde o ítrio está em uma mistura que é dois terços de lantanídeos pesados, o ítrio deve ser removido o mais rápido possível para facilitar a separação dos elementos restantes.

A produção mundial anual de óxido de ítrio atingiu 600  toneladas em 2001; em 2014, havia aumentado para 7.000 toneladas. As reservas globais de óxido de ítrio foram estimadas em 2014 em mais de 500.000 toneladas. Os principais países para essas reservas incluem Austrália, Brasil, China, Índia e Estados Unidos. Apenas algumas toneladas de ítrio metálico são produzidas a cada ano, reduzindo o fluoreto de ítrio a uma esponja de metal com liga de cálcio e magnésio . A temperatura de um forno a arco superior a 1.600 ° C é suficiente para derreter o ítrio.

Formulários

Consumidor

Quarenta colunas de pontos ovais, 30 pontos de altura.  Primeiro vermelho, depois verde e depois azul.  As colunas de vermelho começam com apenas quatro pontos em vermelho na parte inferior, tornando-se mais com cada coluna à direita
Ítrio é um dos elementos que foi usado para fazer a cor vermelha em televisores CRT

O componente vermelho dos tubos de raios catódicos de televisão em cores é normalmente emitido por um ítria ( Y
2
O
3
)
ou sulfeto de óxido de ítrio ( Y
2
O
2
S
) rede hospedeira dopada com fósforo catiônico európio (III) (Eu 3+ ) . A própria cor vermelha é emitida pelo európio, enquanto o ítrio coleta energia do canhão de elétrons e a passa para o fósforo. Os compostos de ítrio podem servir como redes hospedeiras para dopagem com diferentes cátions lantanídeos . O Tb 3+ pode ser usado como um agente de dopagem para produzir luminescência verde . Como tal, compostos de ítrio, como granada de ítrio e alumínio (YAG), são úteis para fósforos e são um componente importante dos LEDs brancos .

O ítria é usado como aditivo de sinterização na produção de nitreto de silício poroso .

Os compostos de ítrio são usados ​​como um catalisador para a polimerização do etileno . Como um metal, o ítrio é usado nos eletrodos de algumas velas de ignição de alto desempenho . O ítrio é usado em mantas de gás para lanternas de propano em substituição ao tório , que é radioativo .

Atualmente em desenvolvimento está a zircônia estabilizada com ítrio como um eletrólito sólido e como um sensor de oxigênio em sistemas de exaustão de automóveis.

Granadas

Haste de laser Nd: YAG de 0,5 cm de diâmetro

O ítrio é usado na produção de uma grande variedade de granadas sintéticas e o ítria é usado para fazer granadas de ítrio e ferro ( Y
3
Fe
5
O
12
, também "YIG"), que são filtros de micro-ondas muito eficazes que recentemente mostraram ter interações magnéticas mais complexas e de longo alcance do que compreendido nas quatro décadas anteriores. As granadas de ítrio, ferro , alumínio e gadolínio (por exemplo, Y 3 (Fe, Al) 5 O 12 e Y 3 (Fe, Ga) 5 O 12 ) têm propriedades magnéticas importantes . O YIG também é muito eficiente como transmissor e transdutor de energia acústica. Granada ítrio alumínio ( Y
3
Al
5
O
12
ou YAG) tem uma dureza de 8,5 e também é usada como gema em joalheria ( diamante simulado ). Cristais de granada de ítrio e alumínio dopados com cério (YAG: Ce) são usados ​​como fósforos para fazer LEDs brancos .

YAG , ítria, fluoreto de ítrio e lítio ( LiYF
4
), e ortovanadato de ítrio ( YVO
4
) são usados ​​em combinação com dopantes como neodímio , érbio , itérbio em lasers de infravermelho próximo . Os lasers YAG podem operar em alta potência e são usados ​​para perfurar e cortar metal. Os monocristais de YAG dopado são normalmente produzidos pelo processo Czochralski .

Intensificador de material

Pequenas quantidades de ítrio (0,1 a 0,2%) têm sido usadas para reduzir os tamanhos dos grãos de cromo , molibdênio , titânio e zircônio . O ítrio é usado para aumentar a resistência das ligas de alumínio e magnésio . A adição de ítrio às ligas geralmente melhora a trabalhabilidade, adiciona resistência à recristalização em alta temperatura e aumenta significativamente a resistência à oxidação em alta temperatura (consulte a discussão sobre nódulos de grafite abaixo).

O ítrio pode ser usado para desoxidar o vanádio e outros metais não ferrosos . Ítria estabiliza a forma cúbica de zircônia em joalheria.

O ítrio foi estudado como um nodulizador em ferro fundido dúctil , formando nódulos compactos da grafite em vez de flocos para aumentar a ductilidade e a resistência à fadiga. Tendo um alto ponto de fusão , o óxido de ítrio é usado em algumas cerâmicas e vidro para conferir resistência ao choque e propriedades de baixa expansão térmica . Essas mesmas propriedades tornam esse vidro útil em lentes de câmeras .

Médico

O isótopo radioativo ítrio-90 é usado em drogas como ítrio Y 90-DOTA-tir3-octreotida e ítrio Y 90 ibritumomabe tiuxetano para o tratamento de vários cânceres , incluindo linfoma , leucemia , câncer de fígado, ovário, colorretal, pancreático e ósseo. Ele age aderindo a anticorpos monoclonais , que por sua vez se ligam às células cancerosas e as matam por meio de intensa radiação β do ítrio-90 (ver terapia com anticorpos monoclonais ).

Uma técnica chamada radioembolização é usada para tratar o carcinoma hepatocelular e metástases hepáticas . A radioembolização é uma terapia direcionada para o câncer de fígado de baixa toxicidade que usa milhões de minúsculas contas feitas de vidro ou resina contendo ítrio-90 radioativo. As microesferas radioativas são distribuídas diretamente aos vasos sanguíneos que alimentam tumores / segmentos ou lóbulos específicos do fígado. É minimamente invasivo e os pacientes geralmente podem receber alta após algumas horas. Este procedimento pode não eliminar todos os tumores em todo o fígado, mas funciona em um segmento ou lóbulo de cada vez e pode exigir vários procedimentos.

Veja também radioembolização no caso de cirrose combinada e carcinoma hepatocelular.

Agulhas feitas de ítrio-90, que podem cortar com mais precisão do que bisturis, têm sido usadas para cortar nervos transmissores de dor na medula espinhal , e o ítrio-90 também é usado para realizar sinovectomia com radionuclídeo no tratamento de articulações inflamadas, especialmente joelhos , em pessoas que sofrem de doenças como a artrite reumatóide .

Um laser de granada de ítrio-alumínio dopado com neodímio foi usado em uma prostatectomia radical assistida por robô experimental em caninos na tentativa de reduzir os danos colaterais de nervos e tecidos, e lasers dopados com érbio estão sendo usados ​​para recobrimento cosmético da pele.

Supercondutores

Comprimidos cinza-escuros em um vidro de relógio.  Um pedaço cúbico do mesmo material em cima dos comprimidos.
Supercondutor YBCO

Ítrio é um ingrediente chave no supercondutor ítrio, bário e cobre (YBa 2 Cu 3 O 7 , também conhecido como 'YBCO' ou '1-2-3') desenvolvido na Universidade do Alabama e na Universidade de Houston em 1987. Este supercondutor é notável porque a temperatura de supercondutividade operacional está acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido (77,1 K). Como o nitrogênio líquido é menos caro do que o hélio líquido necessário para supercondutores metálicos, os custos operacionais para as aplicações seriam menores.

O material supercondutor real é freqüentemente escrito como YBa 2 Cu 3 O 7– d , onde d deve ser menor que 0,7 para a supercondutividade. O motivo para isso ainda não é claro, mas sabe-se que as vacâncias ocorrem apenas em alguns pontos do cristal, nos planos e nas cadeias de óxido de cobre, dando origem a um estado de oxidação peculiar dos átomos de cobre, que de alguma forma leva ao comportamento supercondutor.

A teoria da supercondutividade de baixa temperatura foi bem compreendida desde a teoria BCS de 1957. É baseada em uma peculiaridade da interação entre dois elétrons em uma rede cristalina. No entanto, a teoria BCS não explica a supercondutividade de alta temperatura e seu mecanismo preciso ainda é um mistério. O que se sabe é que a composição dos materiais de óxido de cobre deve ser controlada com precisão para que ocorra a supercondutividade.

Este supercondutor é um mineral multifásico, multi-cristalino preto e verde. Os pesquisadores estão estudando uma classe de materiais conhecidos como perovskitas, que são combinações alternativas desses elementos, na esperança de desenvolver um supercondutor prático de alta temperatura .

Baterias de lítio

O ítrio é usado em pequenas quantidades nos cátodos de algumas baterias de fosfato de ferro e lítio (LFP), e então comumente chamado de LiFeYPO 4 , ou LYP . Semelhante ao LFP , as baterias LYP oferecem alta densidade de energia , boa segurança e longa vida. Mas o LYP, oferece maior estabilidade do cátodo e prolonga a vida da bateria, protegendo a estrutura física do cátodo , especialmente em temperaturas mais altas e corrente de carga / descarga mais alta. As baterias LYP encontram uso em aplicações estacionárias ( sistemas solares fora da rede ), veículos elétricos (alguns carros), bem como outras aplicações (submarinos, navios), semelhantes às baterias LFP, mas muitas vezes com maior segurança e tempo de vida útil. As células LYP têm essencialmente a mesma voltagem nominal do LFP, de 3,25 V, mas a voltagem máxima de carga é 4,0 V, e características de carga e descarga muito semelhantes. O principal fabricante de baterias LFP é a Shenzhen Smart Lion Power Battery Limited, com as marcas Winston e Thunder Sky.

Outras aplicações

Em 2009, o Professor Mas Subramanian e associados na Oregon State University descobriu que ítrio pode ser combinado com índio e manganês , para formar um intensamente azul , não-tóxica, inerte, resistente ao desvanecimento pigmento , azul YInMn , o primeiro novo pigmento azul descoberto em 200 anos.

Precauções

Atualmente, o ítrio não tem função biológica conhecida e pode ser altamente tóxico para humanos, animais e plantas.

Os compostos de ítrio solúveis em água são considerados levemente tóxicos, enquanto seus compostos insolúveis são atóxicos. Em experimentos com animais, o ítrio e seus compostos causaram danos aos pulmões e ao fígado, embora a toxicidade varie com os diferentes compostos de ítrio. Em ratos, a inalação de citrato de ítrio causou edema pulmonar e dispneia , enquanto a inalação de cloreto de ítrio causou edema hepático, derrame pleural e hiperemia pulmonar.

A exposição a compostos de ítrio em humanos pode causar doenças pulmonares. Os trabalhadores expostos ao pó de vanadato de európio transportado pelo ar apresentaram irritação moderada nos olhos, na pele e no trato respiratório superior - embora isso possa ser causado pelo teor de vanádio e não pelo ítrio. A exposição aguda a compostos de ítrio pode causar falta de ar, tosse, dor no peito e cianose . A Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) limita a exposição ao ítrio no local de trabalho a 1 mg / m 3 em um dia de trabalho de 8 horas. O limite de exposição (REL) recomendado pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH ) é de 1 mg / m 3 durante um dia de trabalho de 8 horas. Em níveis de 500 mg / m 3 , o ítrio é imediatamente perigoso para a vida e a saúde . O pó de ítrio é altamente inflamável.

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

Leitura adicional

  • Patente US 5734166 , Czirr John B., "Low-energy neutron detector based on lithium lanthanide borate scintillators", emitida em 31/03/1998, atribuída a Mission Support Inc. 
  • Contribuintes da EPA (31/07/2008). "Estrôncio: efeitos do estrôncio-90 na saúde" . Agência de Proteção Ambiental dos EUA . Página visitada em 2008-08-26 .

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