Itérbio (Yb)

O itérbio, símbolo Yb e número atômico 70, é um lantanídeo (ou metal terra-rara). É um metal de coloração prateada, dúctil e maleável. Diferentemente dos demais lantanídeos, o itérbio pode apresentar, em solução e em compostos, o número de oxidação igual a +2 (enquanto a maioria dos lantanídeos apresenta apenas o NOx igual a +3).

O itérbio é um elemento de poucas utilizações, porém pode ser aplicado como melhorador do aço inoxidável, em aparelhos portáteis de raios-X e na composição de relógios atômicos. Sua produção se dá por redução metalotérmica, empregando-se o lantânio como metal redutor.

Sua descoberta se deu entre os séculos XVIII e XIX, com base em minérios oriundos da cidade de Ytterby, Suécia, lar de praticamente todos os metais terras-raras. Contudo, seu nome só foi oficializado no começo do século XX, mais precisamente em 1909.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o itérbio
• 2 - Propriedades do itérbio
• 3 - Características do itérbio
• 4 - Onde o itérbio pode ser encontrado?
• 5 - Obtenção do itérbio
• 6 - Aplicações do itérbio
• 7 - História do itérbio

Resumo sobre o itérbio

• O itérbio é um metal pertencente à classe dos lantanídeos ou metais terras-raras.
• Na forma metálica, possui uma coloração e brilho prateados, além de ser maleável.
• Apesar de apresentar NOx +3, característico dos lantanídeos, também apresenta NOx +2.
• Ocorre na natureza misturado com outros lantanídeos, como na xenotima e na fergusonita.
• É obtido por meio da redução com lantânio.
• Os usos do itérbio ainda são limitados, mas pode ser um melhorador do aço e ser utilizado em relógios atômicos.
• Sua descoberta ocorreu a partir do minérios oriundos da cidade de Ytterby, Suécia.

Propriedades do itérbio

• Símbolo: Yb
• Número atômico: 70
• Massa atômica: 173,054 u.m.a
• Eletronegatividade: 1,1
• Ponto de fusão: 824 °C
• Ponto de ebulição: 1196 °C
• Densidade: 6,903 g.cm^-3 (alótropo α), 6,966 g.cm^-3 (alótropo β)
• Configuração eletrônica: [Xe] 6s² 4f¹⁴
• Série química: metais terras-raras, lantanídeos

Características do itérbio

O itérbio, símbolo Yb, apresenta uma coloração e brilho prateados na forma metálica, além de ser macio, maleável e um pouco dúctil. Apesar de ser relativamente estável, é interessante que o metal seja acondicionado em recipientes fechados, a fim de protegê-lo do ar e da umidade. Aliás, assim como os demais lantanídeos, o Yb pode sofrer combustão em contato com o ar para a formação do óxido de itérbio III:

4 Yb + 3 O₂ → 2 Yb₂O₃

Obs.: O óxido também pode ser formado pela calcinação de sais e hidróxidos de itérbio.

Em solução, o itérbio também pode apresentar o NOx igual a +3, característico de todos os lantanídeos, porém, assim como o európio (Eu) e o samário (Sm), o itérbio pode apresentar o NOx igual a +2. Isso é consequência de sua configuração eletrônica, a qual termina em [Xe] 6s² 4f¹⁴. Ao perder os dois elétrons do subnível 6s, o subnível 4f preenchido consegue garantir estabilidade ao íon Yb²⁺.

O itérbio também apresenta três formas alotrópicas: α (alfa), β (beta) e γ (gama). A forma alfa existe até -13 °C, enquanto a forma beta é apresentada em temperatura ambiente. A mais de 795 °C, dá-se a forma gama. O itérbio apresenta ainda 33 isótopos, sendo sete deles estáveis.

Onde o itérbio pode ser encontrado?

O itérbio não é o principal constituinte de nenhum minério. Os lantanídeos (e o itérbio não é exceção) costumam ocorrer misturados na natureza. Os minérios bastnasita e monazita são os mais comercialmente explorados para lantanídeos de menor massa. Sendo assim, o itérbio, um lantanídeo mais pesado, apresenta concentração mássica (na forma de Yb₂O₃) menor do que 0,1% neles.

Os principais minérios de lantanídeos mais pesados são a xenotima (um fosfato de ítrio, YPO₄), a eudialita, do grupo dos silicatos, e a fergusonita, da classe dos óxidos. Na xenotima, a concentração mássica (na forma de Yb₂O₃) de itérbio é de 5,8%, enquanto na eudialita é de 2,3%, e na fergusonita, de 1,4%.

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Obtenção do itérbio

Embora historicamente o itérbio tenha sido obtido via redução com potássio, atualmente, sua melhor forma de obtenção é pela redução com lantânio em fornos de indução, a chamada redução metalotérmica. Nela, óxido de itérbio III é reduzido pela ação do lantânio, obtendo-se itérbio na forma de vapor, o qual se condensa e cristaliza em pontos específicos do forno de indução.

Yb₂O₃ (s) + 2 La (l) → 2 Yb (g) + La₂O₃ (s)

A temperatura de operação deve ficar na faixa dos 1500 °C, enquanto a pressão deve ficar entre 10^-4 e 10^-3 Pa.

Aplicações do itérbio

Pouco estudado, as aplicações do itérbio ainda são poucas. Uma delas está no fato de o itérbio melhorar propriedades interessantes do aço inoxidável, como a força e outras propriedades mecânicas. O isótopo ¹⁶⁹Yb, radioativo, é utilizado em máquinas portáteis de raios-X, utilizadas em locais sem energia elétrica.

O isótopo ¹⁷⁴Yb pode ser utilizado em relógios atômicos, cuja precisão é de, pelo menos, um segundo em 50 bilhões de anos, ou seja, seriam necessários 50 bilhões de anos para que ele errasse um único segundo de tempo (para mais ou para menos).

História do itérbio

O itérbio começou a ser descoberto, no século XVIII, com uma fábrica de porcelanas sueca. Em 1788, o dono da fábrica, Reinhold Geijer, também químico e mineralogista, descreveu um mineral preto e não magnético de densidade igual a 4,223, encontrado na mina de Ytterby (cidade sueca) pelo geologista amador Carl Axel Arrhenius. Arrenhius também enviou uma amostra desse mineral para o professor Johan Gadolin, da Åbo Akademi, na Finlândia.

Após alguns experimentos, Gadolin concluiu que o minério teria 31 partes de sílica, 19 partes de alumina (na verdade, berília), 12 partes de óxido de ferro e mais 38 partes de uma “terra” desconhecida (antigamente, “terra” era uma denominação para “óxidos”).

Em 1797, Anders Gustaf Ekeberg, um químico da cidade sueca de Upsália, reavaliou os dados de Gadolin, concluindo que, nada verdade, o minério continha 47,5 partes do novo óxido. Ekeberg propôs o nome yttersten para o mineral e o nome ytterjord (sueco) ou ítria (latim) para o novo óxido.

Com o passar dos anos, foi-se concluindo que a ítria não era um simples óxido de ítrio. Em 1843, provou-se que havia também óxidos de érbio e térbio. Em 1878, o químico suíço Jean de Marignac isolou a itérbia da ítria, chegando a dizer que ela seria o óxido de um novo elemento trivalente, itérbio, de massa molar 172 g.mol^-1. Contudo, em 1899, na Áustria, os cientistas Franz Exner e Eduard Haschek apresentaram evidências espectroscópicas de que o itérbio de Marignac não seria um único elemento.

Seis anos depois, também na Áustria, Carl Auer von Welsbach usou cristalização fracionada para separar o itérbio de Marignac em dois elementos, chamando-os de aldebarânio e cassiopéio, apresentando dados de massa para ambos em dezembro de 1907.

Porém, 44 dias antes de Welsbach publicar seus resultados, Georges Urbain apresentou à Academia de Paris a separação do itérbio em dois novos elementos: neoitérbio e lutécio, também apresentando seus dados de massa. Urbain chegou a dizer que o trabalho de Welsbach não tinha provas e não era quantitativo.

Assim, em 1909, o Comitê Internacional de Pesos Atômicos (do qual Urbain fazia parte) favoreceu a nomenclatura de Georges Urbain, colocando o neoitérbio (depois apenas itérbio) com massa molar de 172 g.mol^-1 e o lutécio com massa molar de 174 g.mol^-1.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química