Óxido de Itrio III, “Itria” (Y2O3)

Fórmula: Y2O3

Punto de fusión: 2425ºC 

Densidad: 5,01 gr/cc

Solubilidad: Alcoholes, bases, ácidos, et cétera. Estable al aire y en el agua. 

El óxido III de Itrio (o Ytrio) recibe el nombre de Itria (o Ytria) siguiendo la pauta de nombrar a los óxidos industriales más importantes con una terminación femenina, justo como pasa en la Alúmina (Al2O3) y Sílica (SiO2). Es uno de los óxidos menos conocidos y sin embargo, importantes, especialmente en metalurgia. Probablemente sea más famoso que el metal puro que lo compone en sí mismo, y tiene muchas aplicaciones no sólo en aleaciones metálicas si no también en cermets y cerámicas. Es venenoso y se puede utilizar como pesticida, aunque rara vez se da el caso para esto ya que es caro y tiene usos específicos en metalurgia.

Apareció de forma natural en la naturaleza como principal óxido del metal Itrio a principios de los 2000's, metal que a su vez es frecuentemente considerado una “tierra rara” o sea, un miembro de los Lantánidos (aunque en realidad sea un metal de transición). La primera muestra de Ytria fue sintetizada (no “descubierta” ya que el óxido lo obtuvo de forma artificial) en 1794 por el Finés Johan Gadolin (de cuyo apellido recibiría el nombre un Lantánido que hoy conocemos como Gadolinio en su honor). Inicialmente no tenía ninguna aplicación más allá de ser la mena del metal en cuestión, Itrio, hasta que se invesntigaron las propiedades del óxido y se llegó a la conclusión de que tenía buenas propiedades, adecuadas para el uso como dopante/aleante en compuestos sintéticos. En cierto modo se puede decir que la Itria es mucho más importante que el propio Itrio metálico puro, el cual tiene pocos usos en ésta forma. Dicho caso es único en la Tabla Periódica, amén de algunas excepciones frecuentes entre los Lantánidos: incluso la Tantalita no llega a eclipsar, en todo su esplendor, al Tantalio metálico en sí mismo. 

Propiedades

Es un sólido blanco, químicamente inerte al aire y al agua (aunque no a los alcoholes, ácidos, et cétera), muy duro y con buenas propiedades mecánicas. No se usa puro nunca, si no como dopante o compuesto en otros materiales que no entran en la clasificación de cristales ni céramicas si no en la de “granates” (aunque no son granates, se les llama así para distinguirlos entre el resto), tal es el caso de los “granates” de YIG (del inglés Yttrium-Iron-Garnet) o el YAG (Yttrium-Aluminium-Garnet) con usos en hornos de microondas o piezas de aparatos de transmisión acústica de alta precisión.

Se obtiene de forma sintética (la forma natural es impura casi siempre, ya que contiene otros metales de reemplazo, casi siempre Lantánidos) y se agrega como componente principal en la sinetización a alta presión y calor de compuestos vítreos como los anteriormente mencionados “granates” (no confundir con los granates de joyería/bisutería) que se usan en la industria con diversos usos. En éste caso no se puede decir que sea un “dopante” ya que se trata de una parte fundamental del compuesto. Por ejemplo, en el granate de YAG (Yttrium-Aluminium-Garnet) con fórmula Y3Al5O12 la cantidad de Ytria inicial ronda el 59% al peso durante el proceso de sintetización. En la Circonia Cúbica, reemplazo del Diamante en bisutería, la cantidad es de 5%, si bien se considera un dopante y no un aglomerante ya que su función es la de fijar la estructura cristalina de la Circonia, la cual es termodinámicamente inestable. No obstante, un 5% es una cantidad seria. De todos modos, yo no hago las reglas, de modo que si se considera un “dopante” no pondré ni intentaré cambiar la condición. También es un dopante, quizás más propiamente dicho, en otros compuestos donde la cantidad que representa suele ser del 0,05-0,01%, más que suficiente para mejorar las prestaciones del compuesto. La noción general que se tiene de la Itria es que no forma ni cerámicas ni es un aleante, ya que en sí mismo es un compuesto de dos elementos, no uno sólo puro. 

Aplicaciones

Se agrega durante el proceso de formación para estabilizar (o “fijar”) la fase (estructura cristalina), en el mismo sentido en el que el Níquel y el Manganeso estabilizan la fase gamma “Austenita” en los Aceros (no necesariamente, pero casi siempre Inoxidables). En la Circonia Cúbica se usa hasta un 5% durante la formación de la pieza. La Circonia Cúbica no es termodinámicamente estable (de hecho no existe en la naturaleza) por lo que hay que “doparla” con Itria. Otros materiales que llevan Itria como dopante son los metales refractorios que se venden para propósitos relativos a la industria donde se requieran materiales muy resistentes a las temperaturas y presiones extremas. La Itria mejora las propiedades mecánicas y aumenta la resistencia a la crepitación (oxidación a altas temperaturas). La resistencia química general no se ve alterada ni para bien ni para mal. Existen dos formas de agregar el óxido: la más frecuente con diferencia es aquella donde es mezclado en forma de polvo con el polvo del material original, es decir, los polvos de Circonia Cúbica y los de Ytria se mezclan a razón de 95:5 (en % de peso por masa) se les da forma mediante moldeado con alta presión y temperatura en una atmósfera inerte. 

En los “granates” como el YAG la Ytria se funde directamente con otros compuestos, de manera tal que da paso a otra substancia con estructura cristalina propia. 

¿Porqué se considera a la Itria un “dopante”? 

El uso primordial y pivotante de la Itria es el de “estabilizar” la estructura cristalina de los compuestos a los que es agregada. En éstos casos se considera como un “dopante” más que un aleante estrictamente hablando, aunque la diferencia entre ambos conceptos, en éste contexto, es más bien “poco estricta”. Posiblemente la mejor forma de diferenciar un compuesto dopante de aquel que se considera como parte integral de un todo (sea aleación, cermet, composite, et cétera) es que el dopante sólo se agrega a algo que ya se considera en sí mismo un compuesto. Esto significa, por ejemplo, que cuando compramos piezas de cerámicas como la Circonia (ZrO2) el índice de pureza del óxido de Circonio propiamente dicho no es del 99% si no que puede ser tan bajo como un 90%, ya que el resto se conforma de uno o más compuestos que en sí mismos son combinaciones. Otro motivo para diferenciar un “dopante” de un “aleante” puede ser la cantidad, más de un 10% no podría considerarse un dopante debido a su gran presencia en masa. Finalmente, cabe la posibilidad de que la verdadera diferencia entre dopante y aleante dependa del material en sí, es decir, aleantes para los metales y dopantes para los compuestos inorgánicos no-metálicos en general.