El iterbio se sintetiza en las estrellas principalmente mediante el proceso s (captura lenta de neutrones) que ocurre en estrellas AGB (rama asintótica de las gigantes) de baja a media masa. Como lantánido pesado con un número atómico par (Z=70), se produce eficientemente por este proceso. A diferencia de los lantánidos más ligeros como el europio, el iterbio presenta una contribución muy baja del proceso r (captura rápida de neutrones), estimada en menos del 10-15% de su abundancia solar. Esto hace que el iterbio, junto con el lutecio, sea uno de los trazadores más puros del proceso s entre las tierras raras.
La abundancia cósmica del iterbio es de aproximadamente 8,0×10⁻¹³ veces la del hidrógeno en número de átomos, lo que lo hace unas 4 veces más abundante que el tulio pero 2 veces menos abundante que el holmio. Debido a su número atómico par, sigue la regla de Oddo-Harkins y es más abundante que sus vecinos impares (tulio-69 y lutecio-71). Su posición al final de la serie de los lantánidos lo convierte en un indicador importante de la eficiencia del proceso s para producir los elementos más pesados.
El iterbio es uno de los elementos preferidos para estudiar el proceso s en astrofísica. La relación iterbio/europio (Yb/Eu) en las estrellas es un indicador particularmente sensible de la contribución relativa de los procesos s y r. Una relación Yb/Eu alta es característica de estrellas enriquecidas en elementos del proceso s, como las estrellas de bario. El iterbio también se utiliza para restringir los modelos de nucleosíntesis en estrellas AGB, ya que su abundancia relativa en comparación con otros elementos del proceso s (como el bario, el lantano o el cerio) depende de las condiciones físicas (temperatura, densidad de neutrones) en estas estrellas.
El iterbio ha sido detectado en muchas estrellas, incluyendo estrellas pobres en metales, gracias a sus líneas espectrales relativamente accesibles (notablemente las del ion Yb II). Estas mediciones han permitido rastrear la historia de la producción del proceso s en la Galaxia. En los meteoritos, el iterbio presenta abundancias similares a las del Sol, pero estudios isotópicos finos han revelado anomalías que proporcionan información sobre las fuentes estelares que contribuyeron a la nebulosa solar. El iterbio también se utiliza en geoquímica como trazador de procesos magmáticos y metamórficos.
El iterbio toma su nombre, al igual que varias otras tierras raras, del pueblo sueco de Ytterby en la isla de Resarö cerca de Estocolmo. Ytterby, que significa "pueblo exterior" en sueco, es famoso por su cantera de feldespato, que proporcionó minerales que contienen muchas tierras raras. Cuatro elementos llevan nombres derivados de Ytterby: itrio (Y), terbio (Tb), erbio (Er) e iterbio (Yb). El iterbio comparte así este origen geográfico con otros elementos descubiertos en los mismos minerales.
El iterbio fue descubierto en 1878 por el químico suizo Jean-Charles Galissard de Marignac (1817-1894), quien también descubrió el gadolinio. Mientras trabajaba en lo que se creía que era erbia (óxido de erbio) procedente de la gadolinita de Ytterby, Marignac observó que este óxido contenía en realidad dos tierras raras distintas. Aisló un nuevo óxido al que llamó "iterbia", creyendo que era el óxido de un nuevo elemento. Marignac era un experto en cristalografía y mediciones de densidad, técnicas que utilizó para distinguir la iterbia de la erbia.
Durante varias décadas, la "iterbia" de Marignac fue considerada el óxido de un solo elemento. Sin embargo, en 1907, el químico francés Georges Urbain y, de forma independiente, el químico austriaco Carl Auer von Welsbach demostraron que la iterbia contenía en realidad dos elementos. Urbain los llamó neo-iterbio y lutecio, mientras que von Welsbach los llamó aldebaranio y casiopeo. Finalmente, se adoptaron internacionalmente los nombres "iterbio" para el elemento más abundante (antes neo-iterbio) y "lutecio" para el otro. Esta separación fue difícil porque los dos elementos tienen propiedades químicas extremadamente similares.
El iterbio está presente en la corteza terrestre a una concentración media de aproximadamente 3,0 ppm (partes por millón), lo que lo convierte en uno de los lantánidos más raros, comparable al holmio y al tulio. Los principales minerales que contienen iterbio son la bastnasita ((Ce,La,Nd,Yb)CO₃F) y la monacita ((Ce,La,Nd,Yb,Th)PO₄), donde representa típicamente del 0,1 al 0,5% del contenido total de tierras raras, y la xenotima (YPO₄), donde puede estar más concentrado. El iterbio también está presente en la euxenita y la gadolinita.
La producción mundial de óxido de iterbio (Yb₂O₃) es de aproximadamente 50 a 100 toneladas por año, lo que lo convierte en una de las tierras raras menos producidas. Debido a su rareza y aplicaciones especializadas de alto valor, el iterbio es una de las tierras raras más caras, con precios típicos de 500 a 1.500 dólares por kilogramo de óxido (con variaciones significativas). China domina ampliamente la producción con más del 90% del total mundial.
El iterbio metálico se produce principalmente por reducción metalotérmica del fluoruro de iterbio (YbF₃) con calcio metálico en atmósfera inerte de argón, o por reducción del óxido con lantano. La producción anual mundial de iterbio metálico es de solo unas pocas toneladas. El reciclaje del iterbio es muy limitado debido a las pequeñas cantidades utilizadas, pero podría volverse más importante con el desarrollo de aplicaciones láser y relojes atómicos.
El iterbio (símbolo Yb, número atómico 70) es el decimocuarto y penúltimo elemento de la serie de los lantánidos, perteneciente a las tierras raras del bloque f de la tabla periódica. Su átomo tiene 70 protones, generalmente 104 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{174}\mathrm{Yb}\)) y 70 electrones con la configuración electrónica [Xe] 4f¹⁴ 6s². Esta configuración tiene una subcapa 4f completamente llena (14 electrones), lo que confiere al iterbio una estabilidad particular y propiedades químicas distintas.
El iterbio es un metal plateado, brillante, blando, maleable y dúctil. Presenta una estructura cristalina cúbica centrada en las caras (CCC) a temperatura ambiente, lo que es inusual entre los lantánidos, que generalmente adoptan una estructura hexagonal compacta (HCP). Esta estructura CCC contribuye a algunas de sus propiedades físicas distintivas. El iterbio tiene la densidad más baja entre los lantánidos (6,90 g/cm³) y una compresibilidad relativamente alta.
El iterbio se funde a 824 °C (1097 K) y hierve a 1196 °C (1469 K). Estos puntos de fusión y ebullición son los más bajos de todos los lantánidos, similares a los del europio. El iterbio presenta una transformación alotrópica a 798 °C, donde su estructura cristalina pasa de cúbica centrada en las caras (CCC) a cúbica centrada en el cuerpo (CC). El iterbio es diamagnético a temperatura ambiente (a diferencia de la mayoría de los lantánidos, que son paramagnéticos) debido a su configuración electrónica 4f¹⁴ completa, que no tiene electrones desapareados.
El iterbio es relativamente estable en aire seco a temperatura ambiente, pero se oxida lentamente para formar Yb₂O₃. Se oxida más rápidamente cuando se calienta y arde para formar el óxido: 4Yb + 3O₂ → 2Yb₂O₃. El iterbio reacciona lentamente con el agua fría y más rápidamente con el agua caliente para formar hidróxido de iterbio(III) Yb(OH)₃ y liberar hidrógeno. Se disuelve fácilmente en ácidos minerales diluidos. El metal debe almacenarse bajo aceite mineral o en atmósfera inerte.
Punto de fusión del iterbio: 1097 K (824 °C).
Punto de ebullición del iterbio: 1469 K (1196 °C).
Estructura cristalina a temperatura ambiente: Cúbica centrada en las caras (CCC).
Densidad: 6,90 g/cm³ (la más baja entre los lantánidos).
Propiedad magnética: Diamagnético (configuración 4f completa).
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Iterbio-168 — \(\,^{168}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 98 | 167,933897 u | ≈ 0,13 % | Estable | Isótopo estable más ligero, doblemente mágico (protones y neutrones en capas completas). |
| Iterbio-170 — \(\,^{170}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 100 | 169,934761 u | ≈ 3,04 % | Estable | Isótopo estable utilizado como blanco para producir el isótopo Tm-170 para medicina. |
| Iterbio-171 — \(\,^{171}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 101 | 170,936326 u | ≈ 14,28 % | Estable | Isótopo estable con espín nuclear 1/2, utilizado en relojes atómicos de red óptica. |
| Iterbio-172 — \(\,^{172}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 102 | 171,936382 u | ≈ 21,83 % | Estable | Isótopo estable, uno de los más abundantes en la mezcla natural. |
| Iterbio-173 — \(\,^{173}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 103 | 172,938211 u | ≈ 16,13 % | Estable | Isótopo estable con espín nuclear 5/2. |
| Iterbio-174 — \(\,^{174}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 104 | 173,938862 u | ≈ 31,83 % | Estable | Isótopo estable más abundante en la naturaleza (aproximadamente 32%). |
| Iterbio-176 — \(\,^{176}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 106 | 175,942572 u | ≈ 12,76 % | Estable | Isótopo estable más pesado, que representa aproximadamente el 13% de la mezcla natural. |
N.B. :
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El iterbio tiene 70 electrones distribuidos en seis capas electrónicas. Su configuración electrónica [Xe] 4f¹⁴ 6s² tiene una subcapa 4f completamente llena con 14 electrones. Esta configuración también se puede escribir como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(2), o de manera completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s².
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta capa completa contribuye al apantallamiento electrónico.
Capa N (n=4): contiene 18 electrones distribuidos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Esta capa forma una estructura estable.
Capa O (n=5): contiene 32 electrones distribuidos como 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁰. La subcapa 4f completamente llena (14 electrones) confiere al iterbio su estabilidad y carácter diamagnético.
Capa P (n=6): contiene 2 electrones en la subcapa 6s². Estos electrones son los electrones de valencia externos del iterbio.
El iterbio tiene efectivamente 16 electrones de valencia: catorce electrones 4f¹⁴ y dos electrones 6s². El iterbio presenta dos estados de oxidación estables: +2 y +3. El estado +3 es el más común, donde el iterbio pierde sus dos electrones 6s y un electrón 4f para formar el ion Yb³⁺ con la configuración electrónica [Xe] 4f¹³. Este ion es paramagnético y exhibe propiedades luminiscentes.
El estado +2 es particularmente estable para el iterbio debido a la configuración 4f¹⁴ completa del ion Yb²⁺ (configuración [Xe] 4f¹⁴). Esta configuración de capa llena proporciona una estabilidad excepcional, similar a la de los gases nobles. Los compuestos de iterbio(II) como YbI₂ (diyoduro de iterbio), YbCl₂ y YbSO₄ son, por lo tanto, relativamente estables y menos reductores que los compuestos divalentes de otros lantánidos. En solución acuosa, Yb²⁺ es un reductor moderado que se oxida lentamente a Yb³⁺ en presencia de aire.
Esta facilidad para existir en dos estados de oxidación hace que el iterbio sea similar al europio en su comportamiento químico. Sin embargo, el iterbio(II) es aún más estable que el europio(II) debido a la subcapa 4f completamente llena. Esta rica química redox se explota en ciertas aplicaciones catalíticas y electroquímicas.
El iterbio metálico es relativamente estable en aire seco a temperatura ambiente, formando una fina capa protectora de Yb₂O₃. A altas temperaturas (por encima de 200 °C), se oxida rápidamente y arde para formar el óxido: 4Yb + 3O₂ → 2Yb₂O₃. El óxido de iterbio(III) es un sólido blanco con una estructura cúbica de tipo C-tierra rara. En forma de polvo fino, el iterbio es pirofórico y puede encenderse espontáneamente en el aire.
El iterbio reacciona lentamente con el agua fría y más rápidamente con el agua caliente para formar hidróxido de iterbio(III) Yb(OH)₃ y liberar gas hidrógeno: 2Yb + 6H₂O → 2Yb(OH)₃ + 3H₂↑. El hidróxido precipita como un sólido blanco gelatinoso de baja solubilidad. Como con otros lantánidos, la reacción no es violenta pero es observable con el tiempo.
El iterbio reacciona con todos los halógenos para formar los trihaluros correspondientes en el estado +3: 2Yb + 3F₂ → 2YbF₃ (fluoruro blanco); 2Yb + 3Cl₂ → 2YbCl₃ (cloruro blanco). Bajo condiciones apropiadas, también puede formar dihaluros de iterbio(II): Yb + I₂ → YbI₂. El iterbio se disuelve fácilmente en ácidos minerales diluidos con la liberación de hidrógeno y la formación de las sales correspondientes de Yb³⁺: 2Yb + 6HCl → 2YbCl₃ + 3H₂↑.
El iterbio reacciona con el hidrógeno a temperaturas moderadas (300-400 °C) para formar el hidruro YbH₂, luego YbH₃ a temperaturas más altas. Con el azufre, forma el sulfuro Yb₂S₃. Reacciona con el nitrógeno a altas temperaturas (>1000 °C) para formar el nitruro YbN, y con el carbono para formar el carburo YbC₂. El iterbio también forma muchos complejos de coordinación con ligandos orgánicos, especialmente en el estado +3.
El ion Yb³⁺ exhibe propiedades luminiscentes interesantes en el infrarrojo cercano. Tiene una transición electrónica simple (²F₇/₂ → ²F₅/₂) alrededor de 980 nm, que se explota en láseres y amplificadores ópticos. Esta transición tiene un amplio espectro de absorción y emisión, alto rendimiento cuántico y baja pérdida por emisión espontánea, lo que lo convierte en un excelente medio activo para láseres de alta potencia. El Yb³⁺ también se utiliza como sensibilizador en algunos materiales fosforescentes, transfiriendo su energía a otros iones de lantánidos como el erbio o el tulio.
La aplicación más avanzada y precisa del iterbio es su uso en relojes atómicos de red óptica. Estos relojes utilizan átomos de iterbio-171 enfriados por láser y atrapados en una red óptica creada por láseres interferentes. La transición utilizada es la transición electrónica ¹S₀ → ³P₀ del iterbio-171 a una frecuencia de 518 THz (longitud de onda 578 nm), en el rango visible. Esta transición es extremadamente estrecha e insensible a perturbaciones externas, lo que permite una estabilidad y precisión excepcionales.
Los relojes de iterbio están entre los más precisos jamás desarrollados. Alcanzan una estabilidad relativa del orden de 10⁻¹⁸, lo que significa que solo se desviarían un segundo en más de la edad del universo (13.800 millones de años). Esta precisión extraordinaria tiene aplicaciones en:
Los láseres Yb:YAG son láseres de estado sólido de alta potencia que emiten alrededor de 1030 nm. Presentan varias ventajas sobre los láseres Nd:YAG más tradicionales:
Los láseres y amplificadores de fibra dopados con iterbio (YDFL, YDFA) son extremadamente importantes en telecomunicaciones y mecanizado industrial. Ofrecen excelente calidad de haz, alta potencia, alta eficiencia y compacidad. Los amplificadores de fibra de iterbio se utilizan para amplificar señales en redes de comunicación óptica. Los láseres de fibra de iterbio se utilizan para el corte de metales (especialmente en las industrias automotriz y aeroespacial) y el marcado.
Pequeñas cantidades de iterbio (generalmente menos del 0,1%) se añaden a ciertos aceros inoxidables para refinar el tamaño de grano y mejorar las propiedades mecánicas, particularmente la tenacidad y la resistencia a la corrosión. El iterbio actúa como desoxidante y modifica la formación de inclusiones, conduciendo a una microestructura más fina y uniforme.
Las galgas extensiométricas basadas en iterbio explotan la propiedad de ciertos compuestos de iterbio de cambiar su resistencia eléctrica bajo tensión mecánica. Estos sensores se utilizan para medir deformaciones en estructuras críticas (puentes, aviones, tuberías) con alta sensibilidad y estabilidad.
El isótopo iterbio-169 (¹⁶⁹Yb) se utiliza como fuente portátil de rayos gamma para ensayos no destructivos industriales. El Yb-169 emite rayos gamma de baja energía (principalmente 63 keV, 110 keV, 130 keV, 177 keV y 198 keV) que son ideales para la inspección de materiales ligeros (aluminio, compuestos) y soldaduras delgadas. Su vida media de 32 días es práctica para uso industrial.
Los compuestos de iterbio(II), en particular el diyoduro de iterbio (YbI₂), se utilizan como agentes reductores suaves en síntesis orgánica. Pueden realizar reducciones selectivas de ciertos grupos funcionales sin afectar otras partes de la molécula. El iterbio metálico también se utiliza como agente reductor en la preparación de otros metales de alta pureza.
El iterbio y sus compuestos presentan baja toxicidad química, comparable a otros lantánidos. Las sales solubles pueden causar irritación cutánea, ocular y respiratoria. No se han demostrado efectos de toxicidad aguda grave ni carcinogénicos. La DL50 (dosis letal media) de las sales de iterbio en animales es similar a la de otras tierras raras (típicamente >500 mg/kg). El iterbio no tiene un papel biológico conocido.
Como otros lantánidos, el iterbio se acumula preferentemente en el hígado y los huesos en caso de exposición, con una eliminación muy lenta. La exposición de la población general es extremadamente baja, principalmente limitada a los trabajadores de las industrias relevantes.
Para el isótopo Yb-169 utilizado en fuentes de radiación industrial, son necesarias precauciones de radioprotección. La baja energía de los rayos gamma facilita el blindaje (unos pocos milímetros de plomo son suficientes), pero se requieren precauciones contra la exposición externa. Para el Yb-171 utilizado en relojes atómicos, la actividad es generalmente muy baja y no presenta un riesgo significativo.
Los impactos ambientales relacionados específicamente con el iterbio son mínimos debido a las muy pequeñas cantidades producidas y utilizadas. El reciclaje del iterbio es limitado pero podría volverse más importante con el desarrollo de aplicaciones láser y relojes atómicos. Las técnicas de reciclaje serían similares a las de otras tierras raras. Los residuos que contienen isótopos radiactivos de iterbio (Yb-169, Yb-175) deben tratarse como residuos radiactivos de baja actividad.
La exposición profesional ocurre en plantas de producción de tierras raras, laboratorios de investigación sobre relojes atómicos y industrias que utilizan láseres de iterbio o fuentes de Yb-169. Se aplican precauciones estándar para polvos metálicos y radioprotección (cuando corresponda).
El átomo en todas sus formas: de la intuición antigua a la mecánica cuántica 
