O itérbio é sintetizado nas estrelas principalmente pelo processo s (captura lenta de nêutrons) que ocorre em estrelas AGB (ramo assintótico das gigantes) de baixa a média massa. Como um lantânido pesado com número atômico par (Z=70), é produzido eficientemente por esse processo. Ao contrário dos lantânidos mais leves, como o európio, o itérbio apresenta uma contribuição muito baixa do processo r (captura rápida de nêutrons), estimada em menos de 10-15% de sua abundância solar. Isso faz do itérbio, junto com o lutécio, um dos traçadores mais puros do processo s entre as terras raras.
A abundância cósmica do itérbio é de cerca de 8,0×10⁻¹³ vezes a do hidrogênio em número de átomos, tornando-o cerca de 4 vezes mais abundante que o túlio, mas 2 vezes menos abundante que o hólmio. Devido ao seu número atômico par, segue a regra de Oddo-Harkins e é mais abundante que seus vizinhos ímpares (túlio-69 e lutécio-71). Sua posição no final da série dos lantânidos o torna um indicador importante da eficiência do processo s na produção dos elementos mais pesados.
O itérbio é um dos elementos preferidos para estudar o processo s em astrofísica. A razão itérbio/európio (Yb/Eu) nas estrelas é um indicador particularmente sensível da contribuição relativa dos processos s e r. Uma razão Yb/Eu elevada é característica de estrelas enriquecidas em elementos do processo s, como as estrelas de bário. O itérbio também é usado para restringir modelos de nucleossíntese em estrelas AGB, pois sua abundância relativa em comparação com outros elementos do processo s (como bário, lantânio ou cério) depende das condições físicas (temperatura, densidade de nêutrons) nessas estrelas.
O itérbio foi detectado em muitas estrelas, incluindo estrelas pobres em metais, graças às suas linhas espectrais relativamente acessíveis (notavelmente as do íon Yb II). Essas medições permitiram rastrear a história da produção do processo s na Galáxia. Em meteoritos, o itérbio apresenta abundâncias semelhantes às do Sol, mas estudos isotópicos finos revelaram anomalias que fornecem informações sobre as fontes estelares que contribuíram para a nebulosa solar. O itérbio também é usado em geoquímica como traçador de processos magmáticos e metamórficos.
O itérbio recebe seu nome, como várias outras terras raras, da vila sueca de Ytterby na ilha de Resarö, perto de Estocolmo. Ytterby, que significa "vila exterior" em sueco, é famosa por sua pedreira de feldspato, que forneceu minerais contendo muitas terras raras. Quatro elementos têm nomes derivados de Ytterby: ítrio (Y), térbio (Tb), érbio (Er) e itérbio (Yb). O itérbio compartilha, assim, essa origem geográfica com outros elementos descobertos nos mesmos minérios.
O itérbio foi descoberto em 1878 pelo químico suíço Jean-Charles Galissard de Marignac (1817-1894), que também descobriu o gadolínio. Ao trabalhar com o que se pensava ser érbia (óxido de érbio) proveniente da gadolinita de Ytterby, Marignac observou que esse óxido continha, na verdade, duas terras raras distintas. Ele isolou um novo óxido, que chamou de "itérbia", acreditando ser o óxido de um novo elemento. Marignac era especialista em cristalografia e medições de densidade, técnicas que usou para distinguir a itérbia da érbia.
Por várias décadas, a "itérbia" de Marignac foi considerada o óxido de um único elemento. No entanto, em 1907, o químico francês Georges Urbain e, independentemente, o químico austríaco Carl Auer von Welsbach demonstraram que a itérbia continha, na verdade, dois elementos. Urbain os chamou de neo-itérbio e lutécio, enquanto von Welsbach os chamou de aldebarânio e cassiopeio. Finalmente, os nomes "itérbio" para o elemento mais abundante (antigo neo-itérbio) e "lutécio" para o outro foram adotados internacionalmente. Essa separação foi difícil porque os dois elementos têm propriedades químicas extremamente semelhantes.
O itérbio está presente na crosta terrestre em uma concentração média de cerca de 3,0 ppm (partes por milhão), tornando-o um dos lantânidos mais raros, comparável ao hólmio e ao túlio. Os principais minérios contendo itérbio são a bastnasita ((Ce,La,Nd,Yb)CO₃F) e a monazita ((Ce,La,Nd,Yb,Th)PO₄), onde representa tipicamente 0,1 a 0,5% do teor total de terras raras, e a xenotima (YPO₄), onde pode estar mais concentrado. O itérbio também está presente na euxenita e na gadolinita.
A produção mundial de óxido de itérbio (Yb₂O₃) é de cerca de 50 a 100 toneladas por ano, tornando-o uma das terras raras menos produzidas. Devido à sua raridade e aplicações especializadas de alto valor, o itérbio é uma das terras raras mais caras, com preços típicos de 500 a 1.500 dólares por quilograma de óxido (com variações significativas). A China domina amplamente a produção, com mais de 90% do total global.
O itérbio metálico é produzido principalmente por redução metalotérmica do fluoreto de itérbio (YbF₃) com cálcio metálico em atmosfera inerte de argônio, ou por redução do óxido com lantânio. A produção anual global de itérbio metálico é de apenas algumas toneladas. A reciclagem do itérbio é muito limitada devido às pequenas quantidades utilizadas, mas poderia se tornar mais importante com o desenvolvimento de aplicações a laser e relógios atômicos.
O itérbio (símbolo Yb, número atômico 70) é o décimo quarto e penúltimo elemento da série dos lantânidos, pertencente às terras raras do bloco f da tabela periódica. Seu átomo possui 70 prótons, geralmente 104 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{174}\mathrm{Yb}\)) e 70 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 6s². Essa configuração apresenta uma subcamada 4f completamente preenchida (14 elétrons), conferindo ao itérbio uma estabilidade particular e propriedades químicas distintas.
O itérbio é um metal prateado, brilhante, macio, maleável e dúctil. Apresenta uma estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) à temperatura ambiente, o que é incomum entre os lantânidos, que geralmente adotam uma estrutura hexagonal compacta (HC). Essa estrutura CFC contribui para algumas de suas propriedades físicas distintas. O itérbio apresenta a menor densidade entre os lantânidos (6,90 g/cm³) e uma compressibilidade relativamente alta.
O itérbio funde a 824 °C (1097 K) e ferve a 1196 °C (1469 K). Esses pontos de fusão e ebulição são os mais baixos de todos os lantânidos, semelhantes aos do európio. O itérbio apresenta uma transformação alotrópica a 798 °C, onde sua estrutura cristalina muda de cúbica de faces centradas (CFC) para cúbica de corpo centrado (CCC). O itérbio é diamagnético à temperatura ambiente (ao contrário da maioria dos lantânidos, que são paramagnéticos) devido à sua configuração eletrônica 4f¹⁴ completa, que não possui elétrons desemparelhados.
O itérbio é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, mas oxida lentamente para formar Yb₂O₃. Oxida-se mais rapidamente quando aquecido e queima para formar o óxido: 4Yb + 3O₂ → 2Yb₂O₃. O itérbio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de itérbio(III) Yb(OH)₃ e liberar hidrogênio. Dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos. O metal deve ser armazenado sob óleo mineral ou em atmosfera inerte.
Ponto de fusão do itérbio: 1097 K (824 °C).
Ponto de ebulição do itérbio: 1469 K (1196 °C).
Estrutura cristalina à temperatura ambiente: Cúbica de faces centradas (CFC).
Densidade: 6,90 g/cm³ (a mais baixa entre os lantânidos).
Propriedade magnética: Diamagnético (configuração 4f completa).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Itérbio-168 — \(\,^{168}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 98 | 167,933897 u | ≈ 0,13 % | Estável | Isótopo estável mais leve, duplamente mágico (prótons e nêutrons em camadas completas). |
| Itérbio-170 — \(\,^{170}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 100 | 169,934761 u | ≈ 3,04 % | Estável | Isótopo estável usado como alvo para produzir o isótopo Tm-170 para medicina. |
| Itérbio-171 — \(\,^{171}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 101 | 170,936326 u | ≈ 14,28 % | Estável | Isótopo estável com spin nuclear 1/2, usado em relógios atômicos de rede óptica. |
| Itérbio-172 — \(\,^{172}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 102 | 171,936382 u | ≈ 21,83 % | Estável | Isótopo estável, um dos mais abundantes na mistura natural. |
| Itérbio-173 — \(\,^{173}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 103 | 172,938211 u | ≈ 16,13 % | Estável | Isótopo estável com spin nuclear 5/2. |
| Itérbio-174 — \(\,^{174}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 104 | 173,938862 u | ≈ 31,83 % | Estável | Isótopo estável mais abundante na natureza (cerca de 32%). |
| Itérbio-176 — \(\,^{176}\mathrm{Yb}\,\) | 70 | 106 | 175,942572 u | ≈ 12,76 % | Estável | Isótopo estável mais pesado, representando cerca de 13% da mistura natural. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O itérbio possui 70 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 6s² apresenta uma subcamada 4f completamente preenchida com 14 elétrons. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Essa camada está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Essa camada completa contribui para o blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Essa camada forma uma estrutura estável.
Camada O (n=5): contém 32 elétrons distribuídos como 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁰. A subcamada 4f completamente preenchida (14 elétrons) confere ao itérbio sua estabilidade e caráter diamagnético.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Esses elétrons são os elétrons de valência externos do itérbio.
O itérbio possui efetivamente 16 elétrons de valência: catorze elétrons 4f¹⁴ e dois elétrons 6s². O itérbio apresenta dois estados de oxidação estáveis: +2 e +3. O estado +3 é o mais comum, onde o itérbio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Yb³⁺ com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹³. Esse íon é paramagnético e exibe propriedades luminescentes.
O estado +2 é particularmente estável para o itérbio devido à configuração 4f¹⁴ completa do íon Yb²⁺ (configuração [Xe] 4f¹⁴). Essa configuração de camada cheia proporciona estabilidade excepcional, semelhante à dos gases nobres. Compostos de itérbio(II), como YbI₂ (diodeto de itérbio), YbCl₂ e YbSO₄, são, portanto, relativamente estáveis e menos redutores que os compostos divalentes de outros lantânidos. Em solução aquosa, Yb²⁺ é um redutor moderado que oxida lentamente a Yb³⁺ na presença de ar.
Essa facilidade de existir em dois estados de oxidação torna o itérbio semelhante ao európio em seu comportamento químico. No entanto, o itérbio(II) é ainda mais estável que o európio(II) devido à subcamada 4f completamente preenchida. Essa rica química redox é explorada em certas aplicações catalíticas e eletroquímicas.
O itérbio metálico é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, formando uma fina camada protetora de Yb₂O₃. Em altas temperaturas (acima de 200 °C), oxida-se rapidamente e queima para formar o óxido: 4Yb + 3O₂ → 2Yb₂O₃. O óxido de itérbio(III) é um sólido branco com uma estrutura cúbica do tipo C-terra rara. Em forma de pó fino, o itérbio é pirofórico e pode inflamar-se espontaneamente no ar.
O itérbio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de itérbio(III) Yb(OH)₃ e liberar gás hidrogênio: 2Yb + 6H₂O → 2Yb(OH)₃ + 3H₂↑. O hidróxido precipita como um sólido branco gelatinoso de baixa solubilidade. Como com outros lantânidos, a reação não é violenta, mas é observável ao longo do tempo.
O itérbio reage com todos os halogênios para formar os tri-haletos correspondentes no estado +3: 2Yb + 3F₂ → 2YbF₃ (fluoreto branco); 2Yb + 3Cl₂ → 2YbCl₃ (cloreto branco). Sob condições apropriadas, também pode formar di-haletos de itérbio(II): Yb + I₂ → YbI₂. O itérbio dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos com liberação de hidrogênio e formação dos sais correspondentes de Yb³⁺: 2Yb + 6HCl → 2YbCl₃ + 3H₂↑.
O itérbio reage com hidrogênio em temperaturas moderadas (300-400 °C) para formar o hidreto YbH₂, depois YbH₃ em temperaturas mais altas. Com enxofre, forma o sulfeto Yb₂S₃. Reage com nitrogênio em altas temperaturas (>1000 °C) para formar o nitreto YbN, e com carbono para formar o carbeto YbC₂. O itérbio também forma muitos complexos de coordenação com ligantes orgânicos, especialmente no estado +3.
O íon Yb³⁺ exibe propriedades luminescentes interessantes no infravermelho próximo. Possui uma transição eletrônica simples (²F₇/₂ → ²F₅/₂) em torno de 980 nm, que é explorada em lasers e amplificadores ópticos. Essa transição apresenta um amplo espectro de absorção e emissão, alto rendimento quântico e baixa perda por emissão espontânea, tornando-o um excelente meio ativo para lasers de alta potência. O Yb³⁺ também é usado como sensibilizador em alguns materiais fosforescentes, transferindo sua energia para outros íons de lantânidos, como érbio ou túlio.
A aplicação mais avançada e precisa do itérbio é seu uso em relógios atômicos de rede óptica. Esses relógios utilizam átomos de itérbio-171 resfriados a laser e aprisionados em uma rede óptica criada por lasers interferentes. A transição utilizada é a transição eletrônica ¹S₀ → ³P₀ do itérbio-171 em uma frequência de 518 THz (comprimento de onda de 578 nm), na faixa visível. Essa transição é extremamente estreita e insensível a perturbações externas, permitindo estabilidade e precisão excepcionais.
Os relógios de itérbio estão entre os mais precisos já desenvolvidos. Eles atingem uma estabilidade relativa da ordem de 10⁻¹⁸, o que significa que perderiam apenas um segundo em mais de 13,8 bilhões de anos (a idade do universo). Essa precisão extraordinária tem aplicações em:
Os lasers Yb:YAG são lasers de estado sólido de alta potência que emitem em torno de 1030 nm. Apresentam várias vantagens em relação aos lasers Nd:YAG mais tradicionais:
Os lasers e amplificadores de fibra dopados com itérbio (YDFL, YDFA) são extremamente importantes em telecomunicações e usinagem industrial. Oferecem excelente qualidade de feixe, alta potência, alta eficiência e compactação. Os amplificadores de fibra de itérbio são usados para amplificar sinais em redes de comunicação óptica. Os lasers de fibra de itérbio são usados para corte de metais (especialmente nas indústrias automotiva e aeroespacial) e marcação.
Pequenas quantidades de itérbio (geralmente menos de 0,1%) são adicionadas a certos aços inoxidáveis para refinar o tamanho do grão e melhorar as propriedades mecânicas, particularmente a tenacidade e a resistência à corrosão. O itérbio atua como desoxidante e modifica a formação de inclusões, levando a uma microestrutura mais fina e uniforme.
Os extensômetros à base de itérbio exploram a propriedade de certos compostos de itérbio de mudar sua resistência elétrica sob tensão mecânica. Esses sensores são usados para medir deformações em estruturas críticas (pontes, aeronaves, tubulações) com alta sensibilidade e estabilidade.
O isótopo itérbio-169 (¹⁶⁹Yb) é usado como fonte portátil de raios gama para ensaios não destrutivos industriais. O Yb-169 emite raios gama de baixa energia (principalmente 63 keV, 110 keV, 130 keV, 177 keV e 198 keV) que são ideais para inspeção de materiais leves (alumínio, compósitos) e soldas finas. Sua meia-vida de 32 dias é prática para uso industrial.
Os compostos de itérbio(II), em particular o diiodeto de itérbio (YbI₂), são usados como agentes redutores suaves em síntese orgânica. Podem realizar reduções seletivas de certos grupos funcionais sem afetar outras partes da molécula. O itérbio metálico também é usado como agente redutor na preparação de outros metais de alta pureza.
O itérbio e seus compostos apresentam baixa toxicidade química, comparável a outros lantânidos. Os sais solúveis podem causar irritação cutânea, ocular e respiratória. Nenhuma toxicidade aguda grave ou efeito cancerígeno foi demonstrado. A DL50 (dose letal mediana) dos sais de itérbio em animais é semelhante à de outras terras raras (tipicamente >500 mg/kg). O itérbio não tem papel biológico conhecido.
Como outros lantânidos, o itérbio acumula-se preferencialmente no fígado e nos ossos em caso de exposição, com eliminação muito lenta. A exposição da população geral é extremamente baixa, principalmente limitada aos trabalhadores das indústrias envolvidas.
Para o isótopo Yb-169 usado em fontes de radiação industrial, são necessárias precauções de radioproteção. A baixa energia dos raios gama facilita a blindagem (alguns milímetros de chumbo são suficientes), mas são necessárias precauções contra exposição externa. Para o Yb-171 usado em relógios atômicos, a atividade é geralmente muito baixa e não apresenta risco significativo.
Os impactos ambientais especificamente relacionados ao itérbio são mínimos devido às muito pequenas quantidades produzidas e utilizadas. A reciclagem do itérbio é limitada, mas poderia se tornar mais importante com o desenvolvimento de aplicações a laser e relógios atômicos. As técnicas de reciclagem seriam semelhantes às de outras terras raras. Resíduos contendo isótopos radioativos de itérbio (Yb-169, Yb-175) devem ser tratados como resíduos radioativos de baixa atividade.
A exposição ocupacional ocorre em usinas de produção de terras raras, laboratórios de pesquisa sobre relógios atômicos e indústrias que utilizam lasers de Yb ou fontes de Yb-169. Aplicam-se precauções padrão para poeiras metálicas e radioproteção (quando aplicável).
O átomo em todas as suas formas: da intuição antiga à mecânica quântica 
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
