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Erbio,  68 Er
Erbio-cultivo.jpg
Erbio
Pronunciación/ Ɜr b i ə m / ( UR -bee-əm )
Aparienciablanco plateado
Peso atómico estándar A r, estándar (Er) 167.259 (3) [1]
Erbio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
-
↑
Er
↓
Fm
holmio ← erbio → tulio
Número atómico ( Z )68
Grupogrupo n / a
Períodoperíodo 6
Cuadra  bloque f
Configuración electronica[ Xe ] 4f 12 6s 2
Electrones por capa2, 8, 18, 30, 8, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion1802  K (1529 ° C, 2784 ° F)
Punto de ebullición3141 K (2868 ° C, 5194 ° F)
Densidad (cerca de  rt )9.066 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )8,86 g / cm 3
Calor de fusión19,90  kJ / mol
Calor de vaporización280 kJ / mol
Capacidad calorífica molar28,12 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)15041663(1885)(2163)(2552)(3132)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación0, [2] +1, +2, +3 (un  óxido básico )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 1,24
Energías de ionización
  • 1 °: 589,3 kJ / mol
  • 2do: 1150 kJ / mol
  • Tercero: 2194 kJ / mol
Radio atómicoempírico: 176  pm
Radio covalente189 ± 6 pm
Líneas espectrales de erbio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinahexagonal compacta (hcp)
Velocidad de sonido varilla fina2830 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmicapoli: 12,2 µm / (m⋅K) ( rt )
Conductividad térmica14,5 W / (m⋅K)
Resistividad electricapoli: 0.860 µΩ⋅m ( rt )
Orden magnéticoparamagnético a 300 K
Susceptibilidad magnética molar44 300 0,00 × 10 -6  cm 3 / mol [3]
El módulo de Young69,9 GPa
Módulo de corte28,3 GPa
Módulo de volumen44,4 GPa
Relación de Poisson0,237
Dureza Vickers430–700 MPa
Dureza Brinell600-1070 MPa
Número CAS7440-52-0
Historia
Nombrardespués de Ytterby (Suecia), donde se extrajo
DescubrimientoCarl Gustaf Mosander (1843)
Isótopos principales del erbio
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
160 Ersyn28,58 horasε160 Ho
162 Er0,139%estable
164 Er1,601%estable
165 Ersyn10,36 horasε165 Ho
166 Er33,503%estable
167 Er22,869%estable
168 Er26,978%estable
169 Ersyn9,4 díasβ -169 Tm
170 Er14,910%estable
171 Ersyn7.516 horasβ -171 Tm
172 Ersyn49,3 horasβ -172 Tm
Categoría Categoría: Erbio
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El erbio es un elemento químico con el símbolo Er y número atómico 68. Un metal sólido blanco plateado cuando se aísla artificialmente, el erbio natural siempre se encuentra en combinación química con otros elementos. Es un lantánido , un elemento de tierras raras , que se encontró originalmente en la mina de gadolinita en Ytterby en Suecia , de la que obtuvo su nombre.

Los usos principales del erbio involucran sus iones Er 3+ de color rosa , que tienen propiedades ópticas fluorescentes particularmente útiles en ciertas aplicaciones láser. Los vidrios o cristales dopados con erbio se pueden utilizar como medio de amplificación óptica, donde los iones Er 3+ se bombean ópticamente a alrededor de 980 o1480 nm y luego irradian luz a1530 nm en emisión estimulada. Este proceso da como resultado un amplificador óptico láser inusualmente simple mecánicamente para señales transmitidas por fibra óptica. LaLa longitud de onda de 1550 nm es especialmente importante para las comunicaciones ópticas porque las fibras ópticas monomodo estándar tienen una pérdida mínima en esta longitud de onda particular.

Además de los láseres amplificadores de fibra óptica, una gran variedad de aplicaciones médicas (es decir, dermatología, odontología) se basan en los iones de erbio. Emisión de 2940 nm (ver láser Er: YAG ) cuando se enciende en otra longitud de onda, que se absorbe mucho en agua en los tejidos, lo que hace que su efecto sea muy superficial. Esta deposición tisular poco profunda de energía láser es útil en la cirugía con láser y para la producción eficiente de vapor que produce la ablación del esmalte mediante tipos comunes de láser dental .

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

Cloruro de erbio (III) a la luz del sol, que muestra cierta fluorescencia rosada de Er +3 del ultravioleta natural.

A trivalente elemento, erbio puro de metal es maleable (o en forma de facilidad), suave pero estable en el aire, y no lo hace oxidan tan rápidamente como algunos otros metales de tierras raras . Sus sales son de color rosa y el elemento tiene bandas de espectro de absorción nítidas características en luz visible , ultravioleta e infrarrojo cercano . De lo contrario, se parece mucho a las otras tierras raras. Su sesquióxido se llama erbia.. Las propiedades del erbio están determinadas en cierta medida por el tipo y la cantidad de impurezas presentes. El erbio no juega ningún papel biológico conocido, pero se cree que puede estimular el metabolismo . [4]

El erbio es ferromagnético por debajo de 19 K, antiferromagnético entre 19 y 80 K y paramagnético por encima de 80 K. [5]

El erbio puede formar grupos atómicos en forma de hélice Er 3 N, donde la distancia entre los átomos de erbio es de 0,35 nm. Esos grupos se pueden aislar encapsulándolos en moléculas de fullereno , como lo confirma la microscopía electrónica de transmisión . [6]

Propiedades químicas [ editar ]

El metal de erbio conserva su brillo en el aire seco, sin embargo, se deslustrará lentamente en el aire húmedo y se quema fácilmente para formar óxido de erbio (III) :

4 Er + 3 O 2 → 2 Er 2 O 3

El erbio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de erbio:

2 Er (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Er (OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

El erbio metálico reacciona con todos los halógenos:

2 Er (s) + 3 F 2 (g) → 2 ErF 3 (s) [rosa]
2 Er (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 ErCl 3 (s) [violeta]
2 Er (s) + 3 Br 2 (g) → 2 ErBr 3 (s) [violeta]
2 Er (s) + 3 I 2 (g) → 2 ErI 3 (s) [violeta]

El erbio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones Er (III) hidratados, que existen como rojo rosa [Er (OH 2 ) 9 ] 3+ complejos de hidratación: [7]

2 Er (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Er 3+ (aq) + 3 SO2−
4(ac) + 3 H 2 (g)

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de erbio

El erbio natural se compone de 6 isótopos estables ,162
Er
, 164
Er
, 166
Er
, 167
Er
, 168
Er
, y 170
Er
, con 166
Er
siendo la más abundante (33,503% abundancia natural ). Se han caracterizado 29 radioisótopos , siendo el más estable169
Er
con una vida media de9,4 d ,172
Er
 con una vida media de 49,3 h ,160
Er
 con una vida media de 28,58 h ,165
Er
 con una vida media de 10,36 h , y171
Er
 con una vida media de 7.516 h . Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a3,5 h , y la mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a 4 minutos. Este elemento también tiene 13 estados meta , siendo el más estableEl 167m
Er
 con una vida media de 2.269 s . [8]

Los isótopos del erbio varían en peso atómico desde142,9663  u (143
Er
) a 176,9541 u (177
Er
). El modo de desintegración primario antes del isótopo estable más abundante,166
Er
, es la captura de electrones , y el modo primario después es la desintegración beta . Los productos de descomposición primaria antes166
Er
son los isótopos del elemento 67 ( holmio ), y los productos primarios posteriores son los isótopos del elemento 69 ( tulio ). [8]

Historia [ editar ]

El erbio (para Ytterby , un pueblo de Suecia ) fue descubierto por Carl Gustaf Mosander en 1843. [9] Mosander estaba trabajando con una muestra de lo que se pensaba que era el óxido de metal único itrio , derivado del mineral gadolinita . Descubrió que la muestra contenía al menos dos óxidos metálicos además de itria pura, a la que denominó " erbia " y " terbia"después de la aldea de Ytterby donde se había encontrado la gadolinita. Mosander no estaba seguro de la pureza de los óxidos y pruebas posteriores confirmaron su incertidumbre. No solo la" itria "contenía itrio, erbio y terbio; en los años siguientes, químicos, geólogos y espectroscopistas descubrieron cinco elementos adicionales: iterbio , escandio , tulio , holmio y gadolinio . [10] : 701 [11] [12] [13] [14] [15]

Erbia y terbia, sin embargo, se confundieron en este momento. Un espectroscopista cambió por error los nombres de los dos elementos durante la espectroscopía. Después de 1860, terbia pasó a llamarse erbia y después de 1877 lo que se había conocido como erbia pasó a llamarse terbia. Er 2 O 3 bastante puro fue aislado independientemente en 1905 por Georges Urbain y Charles James . El erbio metálico razonablemente puro no se produjo hasta 1934 cuando Wilhelm Klemm y Heinrich Bommer redujeron el cloruro anhidro con vapor de potasio . [dieciséis]Fue solo en la década de 1990 que el precio del óxido de erbio derivado de China se volvió lo suficientemente bajo como para que se considerara el uso del erbio como colorante en el vidrio artístico. [17]

Ocurrencia [ editar ]

Arena de monacita

La concentración de erbio en la corteza terrestre es de aproximadamente 2,8 mg / kg y en el agua de mar de 0,9 ng / L. [18] Esta concentración es suficiente para hacer que el erbio sea aproximadamente el 45º en abundancia elemental en la corteza terrestre .

Al igual que otras tierras raras, este elemento nunca se encuentra como un elemento libre en la naturaleza, sino que se encuentra ligado en minerales de arena de monacita . Históricamente ha sido muy difícil y costoso separar las tierras raras entre sí en sus minerales, pero los métodos de cromatografía de intercambio iónico [19] desarrollados a fines del siglo XX han reducido considerablemente el costo de producción de todos los metales de tierras raras y sus componentes químicos. compuestos .

Las principales fuentes comerciales de erbio son los minerales xenotima y euxenita y, más recientemente, las arcillas de adsorción de iones del sur de China; en consecuencia, China se ha convertido ahora en el principal proveedor mundial de este elemento. En las versiones con alto contenido de itrio de estos concentrados de mineral, el itrio es aproximadamente dos tercios del total en peso, y el erbia es aproximadamente del 4 al 5%. Cuando el concentrado se disuelve en ácido, el erbio libera suficiente ión de erbio para impartir un color rosado distintivo y característico a la solución. Este comportamiento del color es similar a lo que Mosander y los otros primeros trabajadores de los lantánidos habrían visto en sus extractos de los minerales de gadolinita de Ytterby.

Producción [ editar ]

Los minerales triturados son atacados por el ácido clorhídrico o sulfúrico que transforma los óxidos insolubles de tierras raras en cloruros o sulfatos solubles. Los filtrados ácidos se neutralizan parcialmente con sosa cáustica (hidróxido de sodio) a pH 3-4. El torio precipita de la solución en forma de hidróxido y se elimina. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir las tierras raras en sus oxalatos insolubles . Los oxalatos se convierten en óxidos por recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico que excluye uno de los componentes principales, el cerio , cuyo óxido es insoluble en HNO 3 . La solución se trata con nitrato de magnesio.para producir una mezcla cristalizada de sales dobles de metales de tierras raras. Las sales se separan por intercambio iónico . En este proceso, los iones de tierras raras se absorben en una resina de intercambio iónico adecuada mediante intercambio con iones hidrógeno, amonio o cúprico presentes en la resina. A continuación, los iones de tierras raras se lavan selectivamente con un agente complejante adecuado. [18] El erbio metálico se obtiene a partir de su óxido o sales mediante calentamiento con calcio a1450 ° C bajo atmósfera de argón. [18]

Aplicaciones [ editar ]

Vidrio de color erbio

Los usos diarios del erbio son variados. Se usa comúnmente como filtro fotográfico , [20] y debido a su elasticidad es útil como aditivo metalúrgico.

Láseres y óptica [ editar ]

Una gran variedad de aplicaciones médicas (es decir, dermatología, odontología) utilizan iones de erbio Emisión de 2940 nm (ver láser Er: YAG ), que se absorbe mucho en agua ( coeficiente de absorción de aproximadamente12 000 / cm ). Esta deposición tisular poco profunda de energía láser es necesaria para la cirugía con láser y la producción eficiente de vapor para la ablación del esmalte con láser en odontología. [ cita requerida ]

Las fibras de vidrio de sílice ópticas dopadas con erbio son el elemento activo en los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA), que se utilizan ampliamente en las comunicaciones ópticas . [21] Las mismas fibras se pueden utilizar para crear láseres de fibra . Para trabajar de manera eficiente, la fibra dopada con erbio generalmente se dopa conjuntamente con modificadores / homogeneizadores de vidrio, a menudo aluminio o fósforo. Estos dopantes ayudan a prevenir el agrupamiento de iones Er y transfieren la energía de manera más eficiente entre la luz de excitación (también conocida como bomba óptica) y la señal. El dopaje conjunto de fibra óptica con Er e Yb se utiliza en láseres de fibra Er / Yb de alta potencia . El erbio también se puede utilizar en amplificadores de guía de ondas dopados con erbio .[4]

Metalurgia [ editar ]

Cuando se agrega al vanadio como aleación , el erbio reduce la dureza y mejora la trabajabilidad. [22] Una aleación de erbio- níquel Er 3 Ni tiene una capacidad calorífica específica inusualmente alta a temperaturas de helio líquido y se utiliza en crioenfriadores ; una mezcla de 65% de Er 3 Co y 35% de Er 0,9 Yb 0,1 Ni en volumen mejora aún más la capacidad calorífica específica. [23] [24]

Colorear [ editar ]

El óxido de erbio tiene un color rosa y, a veces, se utiliza como colorante para vidrio , circonita cúbica y porcelana . El vidrio se usa a menudo en gafas de sol y joyas baratas . [22] [25]

Otros [ editar ]

El erbio se utiliza en tecnología nuclear en barras de control que absorben neutrones . [4] [26]

Papel biológico [ editar ]

El erbio no tiene un papel biológico, pero las sales de erbio pueden estimular el metabolismo . Los seres humanos consumen 1 miligramo de erbio al año en promedio. La mayor concentración de erbio en los seres humanos se encuentra en los huesos , pero también hay erbio en los riñones y el hígado humanos . [4]

Toxicidad [ editar ]

El erbio es ligeramente tóxico si se ingiere, pero los compuestos de erbio no son tóxicos. [4] El erbio metálico en forma de polvo presenta un riesgo de incendio y explosión. [27] [28] [29]

Referencias [ editar ]

  1. ^ Meija, Juris; et al. (2016). "Pesos atómicos de los elementos 2013 (Informe técnico IUPAC)" . Química pura y aplicada . 88 (3): 265–91. doi : 10.1515 / pac-2015-0305 .
  2. ↑ Se ha observado itrio y todos los lantánidos excepto Ce y Pm en el estado de oxidación 0 en complejos de bis (1,3,5-tri-t-butilbenceno), ver Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Compuestos en estado de oxidación cero de escandio, itrio y lantánidos". Chem. Soc. Rev . 22 : 17-24. doi : 10.1039 / CS9932200017 .y Arnold, Polly L .; Petrukhina, Marina A .; Bochenkov, Vladimir E .; Shabatina, Tatyana I .; Zagorskii, Vyacheslav V .; Cloke (15 de diciembre de 2003). "Complejamiento areno de átomos de Sm, Eu, Tm e Yb: una investigación espectroscópica de temperatura variable". Revista de Química Organometálica . 688 (1–2): 49–55. doi : 10.1016 / j.jorganchem.2003.08.028 .
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Lectura adicional [ editar ]

  • Guía de los elementos - Edición revisada , Albert Stwertka (Oxford University Press; 1998), ISBN 0-19-508083-1 . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Es elemental - Erbio