Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa iterbio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 176 pm: es decir, 0,176 nm, por lo que aproximadamente 2,84 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Iterbio es líquido en un intervalo de 377 K, desde 1092 K hasta 1469 K.
La historia
Una tierra rara blanda cuya resistencia eléctrica aumenta bajo presión, lo que la convierte en un medidor de tensión.
Descubierto por: Jean Charles Galissard de Marignac en Ginebra, Suiza (1878)
Nombrado por: Ytterby, Suecia, completando el cuarteto de elementos procedentes de esta famosa cantera
El descubrimiento del iterbio completó la extraordinaria historia de la cantera de Ytterby, que finalmente proporcionó los nombres de cuatro elementos diferentes. Jean Charles Galissard de Marignac, mientras trabajaba en la Universidad de Ginebra, investigaba muestras de óxido de erbio cuando descubrió indicios de otro elemento desconocido en 1878.
Marignac había dedicado años a perfeccionar las técnicas de separación de tierras raras y se había convertido en uno de los principales expertos europeos en química de los lantánidos. Su enfoque sistemático combinaba la química analítica avanzada con un meticuloso análisis espectroscópico.
La clave del éxito de Marignac fue el uso de técnicas espectroscópicas mejoradas. Observó líneas de absorción hasta entonces desconocidas en la región del infrarrojo cercano, que aparecían de forma constante en fracciones específicas de sus muestras de erbio separadas.
Mediante la cristalización fraccionada sistemática de compuestos de erbio, Marignac aisló un componente que mostraba propiedades ópticas claramente diferentes de las de cualquier elemento de tierras raras conocido. Las líneas de absorción características a 977 y 1015 nanómetros proporcionaron una prueba definitiva de la existencia de un elemento nuevo.
Al llamar «iterbio» a su descubrimiento, Marignac completó la extraordinaria contribución de la cantera de Ytterby a la tabla periódica. Esta pequeña localidad sueca había proporcionado los nombres de itrio (1794), erbio (1843), terbio (1843) e iterbio (1878), un logro único en la historia de la química.
El descubrimiento del iterbio de Marignac se enfrentó inicialmente al escepticismo de la comunidad científica debido a la extrema similitud química entre lantánidos adyacentes. La confirmación definitiva requirió la verificación independiente de varios grupos de investigación mediante diferentes técnicas analíticas.
En 1907 se descubrió que el «iterbio» de Marignac contenía dos elementos distintos. Lo que había aislado era en realidad una mezcla de iterbio y lutecio (elemento 71). Este descubrimiento provocó una disputa de prioridad entre Georges Urbain, en Francia, y Carl Auer von Welsbach, en Austria, sobre quién había separado primero los dos elementos.
Hoy reconocemos la contribución fundamental de Marignac a la química de las tierras raras, aunque su muestra original de «iterbio» contenía varios elementos. Su enfoque sistemático de la separación y el análisis espectroscópico estableció metodologías que permitieron descubrimientos posteriores.
El elemento que Marignac separó laboriosamente mediante técnicas del siglo XIX permite ahora realizar las mediciones más precisas del tiempo y el espacio, demostrando cómo los descubrimientos científicos fundamentales pueden tener aplicaciones que van mucho más allá de lo que imaginaron sus descubridores.
El trabajo de Marignac sobre los elementos de tierras raras le otorgó reconocimiento internacional y contribuyó a establecer a Suiza como centro de la química analítica de precisión. Sus técnicas influyeron en generaciones de químicos y contribuyeron a nuestra comprensión moderna de la estructura atómica y la tabla periódica.
Aplicaciones
El iterbio se ha convertido en un elemento fundamental para las tecnologías de precisión de próxima generación, la ciencia cuántica y la investigación de materiales avanzados. Aunque es uno de los elementos de tierras raras menos abundantes, sus propiedades electrónicas y ópticas únicas lo han hecho central para instrumentos científicos de vanguardia y tecnologías cuánticas emergentes.
Los relojes atómicos basados en iterbio representan la máxima precisión en la medición del tiempo, con niveles de exactitud que perderían menos de un segundo durante toda la edad del universo. Estos relojes de red óptica utilizan átomos de iterbio enfriados con láser y atrapados en estructuras cristalinas de luz para medir el tiempo con una precisión sin precedentes.
El reloj óptico de iterbio funciona a frecuencias más de 100.000 veces superiores a las de los relojes atómicos de cesio, lo que permite detectar efectos de dilatación gravitacional del tiempo en diferencias de altura de tan solo unos centímetros. Estas capacidades están revolucionando la investigación en física fundamental y permiten nuevas pruebas de las teorías de la relatividad de Einstein.
Se están desarrollando relojes atómicos de iterbio para sistemas de navegación por satélite de próxima generación que proporcionarán una precisión de posicionamiento de centímetros en lugar de metros. Estos relojes ultraprecisos permitirán la navegación de vehículos autónomos, la agricultura de precisión y mediciones científicas que requieren una exactitud extrema en la posición.
Los sensores de fibra óptica dopados con iterbio proporcionan mediciones ultrasensibles de deformación y temperatura para supervisar el estado estructural de puentes, edificios, aeronaves y naves espaciales. Estos sensores pueden detectar deformaciones menores que el ancho de un átomo, lo que permite el mantenimiento predictivo y la supervisión de la seguridad de infraestructuras críticas.
Los láseres de fibra de iterbio ofrecen un rendimiento excepcional para el procesamiento de materiales, la investigación científica y las aplicaciones industriales. Estos sistemas láser de alta potencia y gran eficiencia pueden cortar los metales más gruesos, soldar materiales diferentes con una precisión perfecta y permitir técnicas de fabricación avanzadas imposibles con láseres convencionales.
Los iones de iterbio sirven como cúbits en computadoras cuánticas de iones atrapados gracias a sus tiempos de coherencia cuántica excepcionalmente largos. Las principales empresas de computación cuántica utilizan sistemas basados en iterbio para el procesamiento de información cuántica, la simulación cuántica y las aplicaciones de redes cuánticas.
La estructura electrónica única del iterbio lo hace muy valioso para la espectroscopia avanzada, los agentes de contraste para imágenes por resonancia magnética y los instrumentos de medición de precisión. Los laboratorios de investigación de todo el mundo dependen de sistemas basados en iterbio para experimentos de física fundamental y la caracterización de materiales.
Los compuestos de iterbio sirven como agentes de contraste para técnicas avanzadas de imagen médica, incluidos los escáneres de tomografía computarizada y procedimientos especializados de rayos X. Estos agentes proporcionan un contraste de imagen superior y reducen la exposición del paciente a la radiación en comparación con las alternativas convencionales.
Las aplicaciones del iterbio se dirigen a segmentos de mercado premium en los que un rendimiento excepcional justifica unos costes más elevados. Solo el mercado de los relojes atómicos representa más de $500 millones anuales, y los sistemas de iterbio alcanzan los precios más altos debido a su rendimiento superior.
Grandes empresas tecnológicas, como Google, IBM e IonQ, invierten mucho en la investigación de computación cuántica basada en iterbio. Organismos gubernamentales de todo el mundo financian el desarrollo de relojes atómicos de iterbio para la navegación de próxima generación y aplicaciones científicas.
La comercialización de la tecnología cuántica está impulsando un rápido crecimiento de la demanda de iterbio. Se prevé que el mercado mundial de la computación cuántica alcance los $65.000 millones en 2030, y los sistemas de iones atrapados basados en iterbio representan un segmento importante.
Los sistemas basados en iterbio establecen constantemente nuevos récords de rendimiento en sus áreas de aplicación. Desde los relojes más precisos del mundo hasta los láseres industriales de fibra más potentes, el iterbio permite capacidades revolucionarias en múltiples sectores tecnológicos.
De dónde procede
3,2 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 63 % de los elementos
El iterbio se encuentra en la corteza terrestre en aproximadamente 3,2 partes por millón, por lo que es aproximadamente tan abundante como el estaño y mucho más común que muchos otros elementos pesados de tierras raras. Sin embargo, los yacimientos de iterbio económicamente viables siguen estando geográficamente concentrados y son técnicamente difíciles de procesar.
China (85% de la producción mundial): Los depósitos de arcillas de adsorción iónica del sur de China, en las provincias de Jiangxi, Guangdong y Fujian, contienen las concentraciones de iterbio más importantes del mundo. Estos depósitos se formaron por la meteorización tropical de intrusiones de granito durante millones de años.
Australia: El yacimiento de tierras raras de Mount Weld contiene reservas importantes de iterbio, aunque el procesamiento actual se centra en la recuperación de tierras raras ligeras. Una futura ampliación podría incluir instalaciones de separación de tierras raras pesadas.
Malasia: La planta Lynas Advanced Materials procesa concentrado australiano para producir óxidos de tierras raras separados, incluido óxido de iterbio de alta pureza para aplicaciones de precisión.
La separación del iterbio requiere procesos sofisticados de múltiples etapas debido a los efectos de la contracción de los lantánidos. La extracción con disolventes, utilizando extractantes especializados de ácido fosfónico, puede separar selectivamente el iterbio de otras tierras raras pesadas, aunque la purificación completa requiere decenas de etapas de extracción.
El iterbio de pureza ultrap alta (99,999%) necesario para aplicaciones de relojes atómicos requiere un refinado adicional mediante fusión zonal, sublimación y técnicas especializadas de crecimiento cristalino.
Las aplicaciones de precisión requieren iterbio con un mínimo de impurezas, especialmente metales de transición que pueden interferir con las propiedades ópticas y electrónicas. Técnicas analíticas avanzadas, como ICP-MS y la espectroscopia óptica, garantizan que las especificaciones del producto cumplan los exigentes requisitos de cada aplicación.
El alto valor de las aplicaciones del iterbio hace que el reciclaje sea económicamente atractivo. Procesos especializados pueden recuperar iterbio de pureza ultrap alta de instrumentos científicos, sistemas láser y hardware de computación cuántica al final de su vida útil.
Los nódulos polimetálicos de aguas profundas contienen concentraciones importantes de iterbio y podrían diversificar el suministro en el futuro. La investigación sobre la extracción del agua de mar continúa, aunque la tecnología actual hace que las fuentes marinas no sean rentables.
Dada la importancia del iterbio para las tecnologías cuánticas y los sistemas de medición precisa del tiempo, diversificar la cadena de suministro se ha convertido en una prioridad estratégica para las naciones dependientes de la tecnología. Está aumentando la inversión en capacidades de procesamiento alternativas fuera de China.
Manejo
El iterbio y sus compuestos presentan riesgos mínimos de toxicidad en condiciones normales de laboratorio. Los procedimientos de seguridad estándar son adecuados para la mayoría de las aplicaciones, con especial atención a la seguridad láser y a los requisitos de manipulación de materiales de pureza ultrap alta.
Control de la contaminación: El iterbio de pureza ultrap alta para aplicaciones de relojes atómicos requiere procedimientos de manipulación en salas limpias. Incluso una contaminación mínima puede comprometer el rendimiento de los sistemas de medición precisa del tiempo.
Seguridad láser: Los láseres de fibra de iterbio pueden generar potencias ópticas extremadamente altas que requieren protocolos de seguridad para láseres de clase 4, incluidas áreas de acceso controlado, sistemas de advertencia y formación especializada.
Las aplicaciones de relojes atómicos y computación cuántica requieren procedimientos de manipulación especializados para mantener niveles de contaminación ultrabajos. El trabajo debe realizarse en atmósferas controladas, utilizando materiales ultrapuros y herramientas especializadas.
Almacenar los compuestos de iterbio en recipientes con atmósfera inerte para evitar la oxidación y la contaminación. Los materiales de pureza ultrap alta requieren sistemas de almacenamiento especializados con temperatura, humedad y composición atmosférica controladas.
Dado el alto valor del iterbio y sus aplicaciones especializadas, todos los materiales residuales deben recogerse para su reciclaje. Los componentes de instrumentos de precisión pueden contener cantidades recuperables de iterbio de pureza ultrap alta cuyo valor justifica los costes de recuperación.
Límite de exposición laboral: 5 mg/m³ como promedio ponderado en el tiempo durante 8 horas para los compuestos de iterbio. Se requiere un análisis periódico de la pureza en aplicaciones de precisión para garantizar el mantenimiento de las especificaciones del producto.
Las aplicaciones de precisión del iterbio requieren condiciones ambientales controladas, incluida la estabilidad de la temperatura (±0,1°C), baja vibración y blindaje electromagnético para evitar la degradación del rendimiento.
Respuestas rápidas
Iterbio (símbolo Yb) es el elemento 70 de la tabla periódica, un Lantánido del periodo 6. Una tierra rara blanda cuya resistencia eléctrica aumenta bajo presión, lo que la convierte en un medidor de tensión. A temperatura ambiente es un sólido.
[Xe] 4f¹⁴ 6s², con 6 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 32, 8, 2.Iterbio se funde a 1092 K (818.9 °C) y hierve a 1469 K (1195.9 °C).
La masa atómica estándar de Iterbio es 173.045 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Iterbio tiene una densidad de 6.9 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Iterbio es aproximadamente 6.9 veces más pesado.
Iterbio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.1. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Un valor tan bajo significa que cede fácilmente sus electrones externos, formando iones positivos.
Iterbio fue descubierto en 1878 por Jean Charles Galissard de Marignac. Recibe su nombre de ytterby, Suecia.
Iterbio constituye aproximadamente 3.2 mg/kg de la corteza terrestre; no es común, pero tampoco es raro.