Erbi

El mineral gadolinita de fórmula${\displaystyle {\ce {(Ce,\!La,\!Nd,\!Y)2FeBe2Si2O10}}}$ , descobert en una mina a prop de la ciutat d'Ytterby, Suècia, fou la font d’un gran nombre dels lantanoides. El 1843, el químic suec Carl Gustaf Mosander (1797-1858) separà de la gadolinita tres òxids, que anomenà yttria, erbia i terbia, i proposà l'existència dels elements erbi i terbi, noms derivats d'Ytterby.^[3]

Com es podria esperar, tenint en compte les similituds entre els seus noms i propietats, els científics aviat van confondre erbia i terbia i, cap al 1877, havien invertit els noms. L'òxid que Mosander anomenà erbia ara es diu terbia i viceversa. L’erbia d’aquest període es demostrà més tard que constava de cinc òxids, actualment coneguts com a erbia, escandia, holmia, tulia i ytterbia. El 1906, el químic francès Georges Urbain (1872-1938), i el 1907 l'estatunidenc Charles James (1880-1928), de forma independent, aconseguiren aïllar l'òxid d'erbi ${\displaystyle {\ce {Er2O3}}}$ bastant pur.^[4][5][6]

Finalment, els químics alemanys Wilhelm Klemm (1896-1985) i Heinrich Bommer el 1937 pogueren aïllar per primera vegada l'erbi en estat elemental reduint el clorur anhidre amb vapor de potassi, segons la reacció:^[7][6]

$${\displaystyle {\ce {ErCl3 + 3K -> Er + 3KCl}}}$$

La concentració d'erbi a l'escorça terrestre és d'aproximadament 3,5 ppm (≈ 2,8 mg/kg), ocupant el lloc 45 per ordre d'abundància dels elements químics i la quarta dels lantanoides.^[8] Molts minerals contenen erbi, però en quantitats molt baixes. Els que superen el 2 % són: yftisita-(Y) 4,44 %, samarskita-(Yb) 3,11 %, prosxenkoïta-(Y) 2,56 %, adamsita-(Y) 2,43 %, gagarinita-(Ce) 2,34 %, maoniupingita-(Ce) 2,24 %, decrespignyita-(Y) 2,12 % i calcibeborosilita-(Y) 2,10 %.^[9]

L'erbi s’obté principalment, juntament amb altres lantanoides, mitjançant un procés de bescanvi d’ions a partir dels minerals xenotima ${\displaystyle {\ce {YPO4}}}$ i de l'euxenita ${\displaystyle {\ce {(Y,\! Ca,\! Er,\! La,\! Ce,\! U,\! Th) (Nb,\! Ta,\! Ti)2O6}}}$ , malgrat que en contenen percentatges molt baixos. La demanda ha anat creixent en els darrers anys, estimant-se una producció mundial de 1000 tones/any en l'actualitat, fonamentalment en forma d'òxid d'erbi.^[8]

L'erbi és un metall de la sèrie dels lantanoides, té una densitat de 9,066 g/cm³, un punt de fusió de 1 529 °C i un punt d'ebullició de 2 868 °C. És dúctil i mal·leable. Té una lluïssor metàl·lica platejada. És prou tou per a poder ser tallat amb un ganivet. És relativament estable a temperatura ambient.^[6] La seva configuració electrònica és [Xe] (4f )¹²(6s)².^[10]

Quant a les propietats magnètiques, l'erbi presenta un paramagnetisme molt fort per sobre dels aproximadament –188 °C. Entre els –188 °C i els –253 ° C el metall és antiferromagnètic, i per sota aquesta temperatura està disposat en una estructura ferromagnètica cònica.^[10]

L'erbi s'oxida lentament exposat a l’aire i es crema fàcilment per formar òxid d'erbi, rosa, l'únic òxid conegut:^[11]

$${\displaystyle {\ce {4 Er + 3 O2 -> 2 Er2O3}}}$$ És força electropositiu i sempre actua com a trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formar hidròxid d'erbi:^[11]

$${\displaystyle {\ce {2 Er(s) + 6 H2O(l) -> 2 Er(OH)3(aq) + 3 H2(g)}}}$$

Reacciona amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs d'erbi(3+) que són acolorits:^[11]

$${\displaystyle {\ce {2 Er (s) + 3 F2 (g) -> 2 ErF3 (s) [rosa]}}}$$ $${\displaystyle {\ce {2 Er (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 ErCl3 (s) [violat]}}}$$ $${\displaystyle {\ce {2 Er (s) + 3 Br2 (g) -> 2 ErBr3 (s) [violat]}}}$$ $${\displaystyle {\ce {2 Er (s) + 3 I2 (g) - 2 ErI3 (s) [violat]}}}$$

Es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen els ions erbi(3+) grocs, que existeixen com a complexos ${\displaystyle {\ce {[Er(OH2)9]^3+}}}$ .^[11]

Altres composts d'erbi(3+) són: el nitrat d'erbi—aigua(1/5) ${\displaystyle {\ce {Er(NO3)3*5H2O}}}$ , l'acetat d'erbi—aigua(1/4) ${\displaystyle {\ce {Er2(C2H3O2)3*4H2O}}}$ , l'hidrur d'erbi ${\displaystyle {\ce {ErH3}}}$ , el sulfur d'erbi ${\displaystyle {\ce {Er2S3}}}$ , el tel·lurur d'erbi ${\displaystyle {\ce {Er2Te3}}}$ , el tetraborur d'erbi ${\displaystyle {\ce {ErB4}}}$ , el nitrur d'erbi ${\displaystyle {\ce {ErN}}}$ o el silicur d'erbi ${\displaystyle {\ce {ErSi2}}}$ .^[6]

L'erbi natural és una barreja de sis isòtops estables: erbi 166 (33,5 %), erbi 168 (26,98 %), erbi 167 (22,87 %), erbi 170 (14,91 %), erbi 164 (1,6 %) i erbi 162 (0,14 %). Sense comptar els isòmers nuclears, es coneixen un total de 30 isòtops radioactius d'erbi. El seu nombre màssic varia entre 142 i 177. Tots els isòtops radioactius de l'erbi són relativament inestables: les seves semivides varien entre 1 segon (erbi 145) i 9,4 dies (erbi 169).^[10]

L'erbi s'usa com a colorant de color rosa en vidre i ceràmica. També és usat com a component dels vidres de certs filtres fotogràfics,^[12] i en la fabricació d'ulleres de seguretat per protegir els ulls dels raigs làser que operen en la zona de l'infraroig.^[13] L'òxid d'erbi es pot estendre sobre vidre o plàstic amb finalitats de visualització, com ara monitors, pantalles de mòbils i pantalles de portàtils, entre d'altres. El 2021 la indústria del vidre consumí el 20 % de la producció d'òxid d'erbi.^[14]

Els amplificadors òptics són dispositius de fibra òptica que amplifiquen un senyal òptic directament, sense la necessitat de convertir el senyal al domini elèctric, amplificar en elèctric i tornar a passar a òptic. Aquests amplificadors utilitzen fibra dopada, normalment amb erbi, i necessiten un bombament extern amb un làser d'ona contínua a una freqüència òptica lleugerament superior a la que amplifiquen. Típicament, les longituds d'ona de bombament són 630 nm o 1.480 nm i per obtenir els millors resultats quant a soroll, s'ha de realitzar en la mateixa direcció que el senyal.^[15][16]

L'erbi 167 té una gran capacitat d'absorció de neutrons (secció eficaç B = 654,8 barn), raó per la qual el seu òxid s'utilitza en la fabricació de les barres de combustible dels reactors nuclearsper a millorar el seu rendiment.^[17]

L'erbi és un component dels làsers Er-YAG (granat d'alumini i itri dopat amb erbi) que emet radiació infraroja amb una longitud d'ona de 2 940 nm; i dels làsers Er,Cr-YSGG (granat d'escandi, gal·li i itri dopat amb erbi i crom), que produeix una radiació de longitud d'ona de 2 780 nm, també de radiació infraroja.^[18] Es fan servir en medicina en aplicacions de dermatologia (eliminació de cicatrius, arrugues, tractament de malalties de la pell, etc.) i d'odontologia (cirurgia dental i eliminació de càries).^[8]

Per altra banda, s'empra el radionúclid erbi 169, en forma de citrat, pel tractament de les artritis durant els brots inflamatoris de les articulacions petites de la mà i el peu, quan fracassa el tractament intraarticular amb corticoides, o quan aquest està contraindicat.^[19] L'erbi 169 té un període de semidesintegració de 9,375 d i decau per emissió β^–, d'energies baixes (el 55 % de 351 keV i el 45 % de 342 keV) sense emissió de radiació γ,^[20] segons la reacció:^[21]

$${\displaystyle {\ce {_{68}^{169}Er->\ _{67}^{169}Tm\ +\ _{-1}^{0}e\ +\ _{0}^{0}{\bar {\mu }}}}}$$

Com potencials aplicacions futures caldria destacar l'ús de nanocristalls o nanopartícules dopades amb ${\displaystyle {\ce {Er^3+}}}$ a bioimatge (mitjançant conversió ascendent de llum, up conversion) i en computació i internet quàntics.^[8]