Ítrio (Y)

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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Tópicos deste artigo

• 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.

Quanto a reatividade, o ítrio pode reagir:

• com os halogênios, em temperatura ambiente;
• com gás oxigênio e com a maioria dos ametais, sob aquecimento:
  • 4 Y + 3 O₂ → 2 Y₂O₃
  • 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).

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).

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:

• ácido clorídrico;
• ácido sulfúrico;
• hidróxido de sódio.

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.

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, Y_1,2Ba_0,8CuO₄, usualmente denominado YBCO. Os supercondutores são materiais capazes de conduzir eletricidade sem resistência, em uma temperatura muito baixa, conhecida como temperatura crítica.

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.

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;
• itérbio.

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:

• érbio;
• térbio;
• itérbio;
• escândio;
• túlio;
• hólmio;
• disprósio;
• lutécio.

Exercícios resolvidos sobre o ítrio

Questão 1

(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) 4 e 1

B) 5 e 1

C) 4 e 2

D) 5 e 3

E) 4 e 3

Resolução:

Alternativa B

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.

Questão 2

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:

A) -3

B) 0

C) +3

D) -2

E) +2

Resolução:

Alternativa C

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:

2x + 3 (-2) = 0

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

2x = 6

x = 3

Temos que o valor de x é igual a +3.

Crédito de imagem

[1] thoughtsofjoyce / Shutterstock

[2] ChameleonsEye / Shutterstock

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química