Ítrio (Y): aplicações, precauções, história - Brasil Escola
O ítrio é um metal pertencente ao Grupo 3 da Tabela Periódica. Quimicamente, é muito semelhante ao lantânio.
O ítrio teve ampla utilização na confecção de telas de televisões de tubo e em alguns modelos LCD.
O ítrio, símbolo Y e número atômico 39, é um metal de coloração prateada localizado no Grupo 3 da Tabela Periódica, logo abaixo do escândio, símbolo Sc. Contudo, quimicamente, o ítrio é muito semelhante ao lantânio e aos demais lantanídeos, sendo considerado participante do grupo dos metais terras-raras.
Esse metal foi amplamente utilizado na fabricação de telas de televisores antigos e também de modelos mais modernos, de LCD, pois esse elemento auxilia na geração das cores primárias. Também possui aplicações industriais relevantes, como na fabricação de catalisadores, lasers, cerâmicas e supercondutores, que são materiais sem resistência elétrica.
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1 - Resumo sobre ítrio
2 - Propriedades do ítrio
3 - Características do ítrio
4 - Onde o ítrio pode ser encontrado?
5 - Aplicações do ítrio
6 - Precauções com o ítrio
7 - História do ítrio
8 - Exercícios resolvidos sobre o ítrio
Resumo sobre ítrio
Ítrio é um metal de coloração prateada localizado no Grupo 3 da Tabela Periódica
Apesar de não estar no bloco f, o ítrio é considerado um metal terra-rara.
Suas principais fontes minerais são:
a monazita;
a bastnasita;
a xenotímia;
a gadolinita.
É muito utilizado no campo dos eletrônicos por conta de suas propriedades luminescentes.
Também é utilizado na fabricação de lasers.
Compostos de ítrio podem ser usados como supercondutores, o que permitiu o avanço da técnica de levitação magnética.
O ítrio foi descoberto no vilarejo sueco de Ytterby, local de descobrimento de diversos metais terras-raras da Tabela Periódica.
Propriedades do ítrio
Símbolo: Y.
Número atômico: 39.
Massa atômica: 88,906 u.m.a.
Eletronegatividade: 1,2.
Ponto de fusão: 1530 °C.
Ponto de ebulição: 3264 °C.
Densidade: 4,5 g.cm-3 (a 20 °C).
Configuração eletrônica: [Kr] 5s2 4d1.
Série Química: grupo 3; metais de transição; metais terras-raras.
Características do ítrio
O ítrio é um metal de coloração e brilho prateado considerado estável em contato com o ar, uma vez que uma fina camada de óxido se forma em sua superfície, impedindo o ataque da substância metálica abaixo desta. Contudo, essa camada acaba diminuindo o brilho do metal.
Ítrio em sua forma metálica.
Quanto a reatividade, o ítrio pode reagir:
com os halogênios, em temperatura ambiente;
com gás oxigênio e com a maioria dos ametais, sob aquecimento:
2 Y + 3 X2 → 2 YX3, com X = F, Cl, Br e I
Além disso, o ítrio também reage lentamente com água fria e se dissolve em ácidos diluídos, liberando gás hidrogênio.
Sendo semelhante ao lantânio e aos demais lantanídeos, a química descrita e conhecida para o ítrio é aquela em que este apresenta estado de oxidação igual a +3, quando este elemento perde seus três elétrons de valência (4s2 e 5d1).
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Onde o ítrio pode ser encontrado?
O ítrio pode ocorrer em diversos minerais concomitantemente com outros metais terras-raras. Um desses minerais é a monazita, um fosfato que pode conter, além do próprio ítrio, diversos desses elementos, como, por exemplo:
cério (Ce);
lantânio (La);
neodímio (Nd);
praseodímio (Pr);
tório (Th).
A monazita é um dos minérios que pode ser uma fonte de ítrio.
Outros minerais de ítrio possíveis são:
a bastnasita (um fluorcarbonato de terras-raras);
a xenotímia (um ortofosfato de ítrio, também conhecido como xenótimo ou xenotímio);
a gadolinita (um silicato de terras-raras, também conhecido como iterbita).
Bastnasita, um mineral que contém diversos terras-raras, inclusive o ítrio.
A composição é variada, mas supõe-se que um minério rico em ítrio tenha cerca de 1% em massa do elemento.
Sua obtenção pode ocorrer de diversas formas. A metodologia clássica de obtenção envolve a lixiviação (lavagem) ácida ou básica, que gera soluções de ítrio, utilizando:
Contudo, a lixiviação não é tão seletiva, pois cria uma solução com todos os terras-raras do mineral. Por isso, após a Segunda Guerra Mundial, técnicas mais apuradas para separação foram feitas, por meio de troca iônica, por exemplo, o que propiciou a seletividade que faltava, tornando possível separar os diversos metais presentes nos minerais.
Para a obtenção o ítrio em sua forma pura (metálica), deve-se reduzir os compostos YF3 ou YCl3, o que deve ser feito com cálcio ou potássio, respectivamente.
Aplicações do ítrio
O ítrio tem aplicações de grande importância no campo dos eletrônicos. Como muitos terras-raras, compostos de ítrio, como o Y2O3, têm propriedades luminescentes (emitem luz mediante um estímulo, como uma radiação ionizante), sendo também conhecidos como fósforos. Fósforos de ítrio eram aplicados nos tubos de televisores coloridos para a produção das cores primárias verde, azul e vermelho.
Esses compostos podem ser utilizados em outros materiais além dos televisores. É possível usá-los na fabricação de fibras ópticas, lâmpadas fluorescentes, LEDs, tintas, vernizes, telas de computadores etc.
Por conta das propriedades luminescentes, o ítrio também pode ser utilizado na fabricação de lasers, como no caso do laser Nd:YAG, cuja sigla significa granada (uma classe mineral) de ítrio e alumínio, de fórmula Y3Al5O12, dopado com neodímio (Nd).
Vale lembrar que laser é um tipo de emissão de luz característica, monocromática, ou seja, com um comprimento de onda específico. No caso do Nd:YAG, o neodímio, estando na forma de íon Nd3+, é o responsável pela emissão da luz laser, enquanto os cristais de YAG são responsáveis por serem a matriz sólida.
Esse laser, de grande potência, pode ser utilizado:
em procedimentos cirúrgicos da medicina e da odontologia;
nas comunicações digitais;
na medição de temperatura e de distância;
em máquinas de corte industriais;
nas microssoldas;
em experimentos no campo da fotoquímica.
Procedimento dermatológico com utilização de laser. [1]
Uma aplicação comum na medicina é no campo da oftalmologia, em que o laser é aplicado no tratamento para descolamento de retina e para correção de miopia. Na dermatologia, serve para esfoliação da pele.
O ítrio também é utilizado em supercondutores. Isso porque em 1987, físicos norte-americanos descobriram propriedades supercondutoras de um composto de ítrio, Y1,2Ba0,8CuO4, usualmente denominado YBCO. Os supercondutores são materiais capazes de conduzir eletricidade sem resistência, em uma temperatura muito baixa, conhecida como temperatura crítica.
Demonstração de levitação magnética com um supercondutor.
No caso do YBCO, a temperatura crítica (de supercondutividade) é de 93 K (-180 °C), acima da temperatura de ebulição do nitrogênio líquido, que é de 77 K (-196 °C). Isso facilitou bastante sua utilização, uma vez que supercondutores anteriores, como o de lantânio (La2CuO3), possuíam temperatura crítica na faixa de 35 K (-238 °C), necessitando de arrefecimento com hélio líquido, mais caro que o nitrogênio.
Os supercondutores estão no centro do efeito da levitação magnética (ou quântica), em que um campo magnético (ímã) permite a levitação do supercondutor, explicado pelo efeito Meissner. Tal tecnologia foi explorada para a produção dos trens Maglev, os quais flutuam sobre os trilhos.
Trem Maglev em Xangai, China. [2]
O ítrio também possui outras aplicações, como a produção de catalisadores e cerâmicas. As cerâmicas de ítrio são utilizadas como abrasivos e materiais refratários (resistentes a altas temperaturas) para a produção de:
sensores de oxigênio em carros;
camadas protetoras de motores de jatos;
instrumentos de corte com resistência à corrosão e desgaste.
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Precauções com o ítrio
Apesar de não ser um material tóxico nem cancerígeno, inalar, ingerir ou tocar o ítrio pode causar irritação e danos aos pulmões. Na forma de pó, o ítrio pode entrar em ignição. A maior preocupação se dá em relação aos lasers de ítrio, pois sua grande potência pode ser prejudicial aos olhos.
História do ítrio
O nome ítrio deriva de Ytterby, um vilarejo sueco que contém uma mina onde foram descobertos quatro metais terras-raras:
ítrio;
itérbio;
érbio;
A história científica dessa vila tem início em 1789, quando Carl Axel Arrhenius percebeu um pedaço de rocha preta sobre um rochedo. Arrhenius era um jovem tenente do exército sueco e tinha grande apreço por minerais. Inicialmente presumida como tungstênio, a rocha preta foi enviada para Johan Gadolin, amigo de Arrhenius, professor de química na Academia Real de Turku, Finlândia.
Gadolin percebeu que a rocha preta, do mineral iterbita (posteriormente renomeada como gadolinita, em sua homenagem), continha um óxido de novos elementos terras-raras. O químico sueco Anders Gustaf Ekeberg confirmou a descoberta de Gadolin e chamou o óxido de ítria.
Posteriormente, pela primeira vez o elemento ítrio foi isolado, embora misturado com outros elementos, em 1828, por Friedrich Wöhler, que fez passar gás cloro pelo mineral gadolinita e assim formou cloreto de ítrio (YCl3) anidro, o qual foi posteriormente reduzido a ítrio metálico utilizando potássio.
No fim, descobriu-se que a rocha preta descoberta por Arrhenius continha óxidos de oito metais terras-raras:
térbio;
escândio;
hólmio;
disprósio;
lutécio.
Exercícios resolvidos sobre o ítrio
(Unaerp-SP) O fenômeno da supercondução de eletricidade, descoberto em 1911, voltou a ser objeto da atenção do mundo científico com a constatação de Bendnoz e Müller de que materiais cerâmicos podem exibir esse tipo de comportamento, valendo um prêmio Nobel a esses dois físicos em 1987. Um dos elementos químicos mais importantes na formulação da cerâmica supercondutora é o ítrio:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s24d1
O número de camadas e o número de elétrons mais energéticos para o ítrio, serão, respectivamente:
A camada de valência do ítrio é a quinta camada, possuidora de apenas 2 elétrons no subnível 5s2. Assim, pode-se concluir que o ítrio possui 5 camadas. O subnível mais energético é o último a ser colocado na distribuição eletrônica, pois esta é uma distribuição em ordem crescente de energia. Logo, o subnível mais energético é o 4d1, possuidor apenas de 1 elétron.
O óxido de ítrio, Y2O3, é um composto utilizado para a fabricação de cerâmicas supercondutoras, como a YBCO, que possui ítrio, bário, cobre e oxigênio. Na formação do supercondutor, o ítrio mantém o mesmo número de oxidação que possui no óxido de ítrio. Esse número de oxidação é igual a:
Como o oxigênio possui, em óxidos, número de oxidação (a própria carga que o íon adquire ao realizar a ligação iônica) igual a -2, o cálculo do número de oxidação do ítrio pode se dar da seguinte forma:
Sendo x o número de oxidação do ítrio a ser calculado, a equação deve ser igualada a zero, pois o óxido é eletricamente neutro, não sendo um íon.
Fazendo os cálculos corretamente:
2x + -6 = 0
Temos que o valor de x é igual a +3.
[1] thoughtsofjoyce / Shutterstock
NOVAIS, Stéfano Araújo. "Ítrio (Y)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/itrio-y.htm. Acesso em 21 de maio de 2022.