ferrita o hierro-α (alfa) es una de las estructuras cristalinas del hierro. Cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC) y tiene propiedades magnéticas. Se emplea en la fabricación de imanes permanentes aleados con cobalto y bario, en núcleos de inductancias y transformadores con níquel, zinc o manganeso, ya que en ellos quedan eliminadas prácticamente las Corrientes de Foucault.
Propiedades físicas
Las ferritas son materiales cerámicos ferromagnéticos (sólo la alfa), compuestos por hierro, boro y bario, estroncio o molibdeno.
Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente moldeadas por presión y luego calentadas, sin llegar a la temperatura de fusión, dentro de un proceso conocido como sinterización. Mediante este procedimiento se fabrican núcleos para transformadores, inductores/bobinas y otros elementos eléctricos o electrónicos.
Usos
Los primeros ordenadores estaban dotados de memorias que almacenaban sus datos en forma de campo magnético en núcleos de ferrita, los cuales estaban ensamblados en conjuntos de núcleos de memoria.
El polvo de ferrita se usa también en la fabricación de cintas para grabación; en este caso, el material es trióxido de di-hierro. Otra utilización común de los núcleos de ferrita es su uso en multitud de cables electrónicos para minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI). Se disponen en alojamientos de plástico que agarran el cable mediante un sistema de cierre. Al pasar el cable por el interior del núcleo aumenta la impedancia de la señal sin atenuar las frecuencias más bajas. A mayor número de vueltas dentro del núcleo mayor aumento, por eso algunos fabricantes presentan cables con bucles en los núcleos de ferrita.
Este polvo de ferrita es utilizado también como tóner magnético de impresoras láser, pigmento de algunas clases de pintura, polvo de inspección magnético (usado en soldadura), tinta magnética para imprimir cheques y códigos de barras y, a su vez, con dicho polvo y la adición de un fluido portador (agua, aceite vegetal o mineral o de coche) y un surfactante o tensoactivo (ácido oleico, ácido cítrico, lecitina de soja) es posible fabricar ferrofluido casero.
Qué función desempeñan los filtros o núcleos de ferrita en el extremo de los cables |
 |
Diferentes cables provistos con núcleo de ferrita en función de filtros. A.- Cable empleado en los monitores de video. B.- Cable de un transformador de suministro de corriente eléctrica a algún dispositivo. C-D-E.- Cables USB variados, destinados a realizar diferentes funciones en determinados equipos y dispositivos electrónicos. |
Para evitar que las señales de las corrientes alternas de alta frecuencia que circulan por los cables de uso informático se expandan hacia el exterior como señales ruidosas de radiofrecuencia o ruidos parásitos, se le ensarta a esos cables un tubito o núcleo de ferrita en uno de los extremos (y a veces en los dos extremos cuando el caso lo requiere). De esa forma el tubito de ferrita se convierte en un “filtro inductor de alta reactancia o alta resistencia” (también denominado “choque”), cuya función principal es ofrecer gran oposición al paso y propagación externa de determinadas altas frecuencias de corrientes alternas que se circulan por los cables.
| 
Cable USB provisto con dos núcleos de.ferrita, visibles a través de las cápsulas de. plástico transparente.
|
El principio de funcionamiento de este tipo de filtro con alta reactancia radica en que cuando las corrientes alternas de alta frecuencia tratan de atravesar la parte del cable donde se encuentra ubicado el “choque” o núcleo de ferrita, la autoinductancia que produce el flujo magnético de la corriente que trata de atravesarlo, genera una fuerza contraelectromotriz que se opone al paso de su componente alterna. Sin embargo, este filtro NO impide que la corriente directa (C.D.) o continua (C.C.), ni la corriente alterna de baja frecuencia lo atraviesen y puedan continuar fluyendo libremente por todo el cable y el resto del circuito electrónico. Durante el proceso de filtrado de la corriente alterna de alta frecuencia, la energía contenida en la componente alterna que no puede atravesar el filtro, la absorbe el núcleo de ferrita en forma de calor. No obstante, la temperatura que alcanza la ferrita por ese motivo es muy poca y prácticamente no se hace notar. |
 |  |
Foto izquierda: barra redonda de ferrita utilizada como núcleo de antena de un radiorreceptor. En este caso la ferrita está preparada para que las bobinas de alambre de cobre enrolladas alrededor de su núcleo puedan captar e intensificar (tal como lo hace un transformador de corriente), las débiles señales de alta frecuencia o radiofrecuencia que llegan hasta el radiorreceptor y que son emitidas por radioemisoras comerciales. Foto derecha: anillo de ferrita utilizado como filtro en el cable de alimentación o entrada de corriente alterna doméstica de un radiorreceptor. Como se puede apreciar en este caso, el filtro de ferrita aparece con varias vueltas del propio cable con el fin de reducir más la captación de señales de parásitas de radiofrecuencias en forma de molestos ruidos que se pudiera captar y amplificar el radiorreceptor. Generalmente, las corrientes inducidas de alta frecuencia que superen los 50 MHz se pueden reducir considerablemente añadiendo vueltas de cable al núcleo de ferrita, como es el caso de este ejemplo. Mientras más vueltas atraviesen el interior de la ferrita, mayor será la reactancia o resistencia que ofrezca el filtro así formado al paso de las corrientes alternas de alta frecuencia. |
En electrónica los filtros de ferrita constituyen uno de los elementos pasivos más eficaces, sencillos y baratos de producir. Sin su empleo en los cables de uso informático la propagación de las interferencias afectaría, incluso, el funcionamiento de los propios ordenadores, introduciendo indeseables errores en el procesamiento de datos. Además de la forma tubular o de cuenta del núcleo de ferrita ya explicado, existen otras formas de núcleos de ferrita como barras redondas, barras cuadradas, o como anillos, para su uso también como filtros o choques y como transformadores de corriente en los circuitos electrónicos.
El disprosio es un elemento químico cuyo símbolo es Dy y su número atómico es 66. Es un metal de transición incluido en el grupo de los lantánidos o tierras raras de color blanco plata. Fue identificado por primera vez en 1886 por Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, pero no fue posible obtener una muestra pura hasta la década de 1950, con el método de intercambio iónico. En la naturaleza el disprosio se encuentra formado por 7 isótopos, y no existe en la corteza terrestre en forma aislada sino en compuestos junto con otros lantánidos.
CaracterísticasPropiedades físicas
El disprosio es una tierra rara que presenta brillo metálico plateado. Es tan blando que puede ser cortado con una navaja, y puede ser procesado por máquinas sin emitir chispas, si se evita el sobrecalentamiento. Sus propiedades pueden verse muy afectadas por cantidades muy pequeñas de impurezas.1
El disprosio, después del holmio, posee el momento magnético más alto entre todos los elementos,2 especialmente a bajas temperaturas.3 Tiene un ordenamiento ferromagnético simple a temperaturas por debajo de los 85 K (-188,2 °C). Sobre dicha temperatura, se torna a un estado antiferromagnético helicoidal el cual todos los momentos atómicos en una capa de plano basal particular están en paralelo, y orientados en un ángulo fijo respecto a los momentos de las capas adyacentes. Este inusual antiferromagnetismo se trasforma en un estado de desorden (paramagnético) a 179 K (-94 °C).4
Propiedades químicas
El disprosio se empaña lentamente en el aire y se quema rápidamente para dar óxido de disprosio (III):
Es bastante electropositivo y reacciona lentamente con el agua fría y bastante rápido con el agua caliente para formar hidróxido de disprosio (III), con reducción del hidrógeno del agua a hidrógeno molecular:
El disprosio metálico reacciona vigorosamente con todos los halógenos sobre los 200 °C:
Además se disuelve rápidamente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen al ión Dy3+ en forma de complejo nonaaquo-disprosio (III), [Dy(OH2)9]3+, de color amarillo pálido:5
El compuesto resultante, sulfato de disprosio (III), es notoriamente paramagnético.
Compuestos
Los haluros de disprosio, como DyF3 y DyBr3, tienden a tomar colores amarillentos. El óxido de disprosio (III), también conocido como disprosia, es un polvo blanco que es altamente magnético, incluso más que el óxido de hierro.3
El disprosio se combina con varios no metales a altas temperaturas para formar compuesto binarios, con estados de oxidación +3 y a veces +2, como por ejemplo DyN, DyP, DyH2 y DyH3; DyS, DyS2, Dy2S3 y Dy5S7; DyB2, DyB4, DyB6 y DyB12, así como Dy3C y Dy2C3.6
El carbonato de disprosio (III), Dy2(CO3)3, y el sulfato, Dy2(SO4)3, resultan de reacciones similares.7 Muchos compuestos de disprosio son solubles en agua, aunque el carbonato de disprosio tetrahidratado (Dy2(CO3)3·4H2O) y el oxalato de disprosio decahidratado (Dy2(C2O4)3·10H2O) son ambos insolubles en agua.8 9
Isótopos
El disprosio natural está compuesto de 7 isótopos: 156Dy, 158Dy, 160Dy, 161Dy, 162Dy, 163Dy, y 164Dy. Todos ellos se consideran estables, a pesar de que 156Dy decae por desintegración alfa con una vida media de más de 1×1018 años. De los isótopos naturales, 164Dy es el más abundante correspondiendo a un 28%, seguido por 162Dy con un 26%. El menos abundante es 156Dy con 0.06%.10
Veintinueve radioisótopos han sido sintetizados, con masas atómicas que varían entre 138 y 173. El más estable de ellos es 154Dy con una vida media de aproximadamente 3×106 años, seguido por 159Dy con una vida media de 144.4 días. El menos estable es 138Dy con una vida media de 200 ms. Los radioisótopos que son más ligeros que los isótopos estables tienden a decaer principalmente por desintegración beta β+, mientras que aquellos que son más pesados tienden a decaer por desintegración β−, con algunas excepciones. 154Dy decae principalmente por desintegración alfa, y 152Dy y 159Dy decaen principalmente por captura electrónica.10 El disprosio tiene además al menos 11 isómeros metaestables, con masas atómicas entre 140 y 165. El más estable de ellos es 165mDy, el cual tiene una vida media de 1.257 minutos. 149Dy tiene dos isómeros metaestables, de los cuales el segundo, 149m2Dy, tiene una vida media de 28 ns.10
Historia
En 1878, se descubrieron minerales de erbio que contenían óxidos de holmio y tulio. En París en 1886 el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, mientras trabajaba con el óxido de holmio, consiguió separar óxido de disprosio a partir de este.11 Su procedimiento para separar el disprosio se basaba en disolver el óxido de disprosio en ácido, y luego añadir amoníaco para precipitar el hidróxido. Sin embargo sólo lo obtuvo a partir de su óxido después de 30 intentos. Por ello denominó disprosio al nuevo elemento, del griego dysprositos (δυσπρόσιτος), que significa "difícil de obtener". Aun así, el elemento no fue separado en una forma pura hasta después del desarrollo de las técnicas de intercambio de iones desarrolladas por Frank Spedding en la Iowa State University a comienzos de la década de 1950.2
Como anécdota, en 1950, Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso, y Stanley G. Thompson bombardearon 241Am con iones de helio, produciendo átomos con un número atómico 97 y que se parecía mucho a su vecino lantánido terbio. Debido a que terbio fue nombrado así por Ytterby, la ciudad en donde este y varios otros elementos fueron descubiertos, este nuevo elemento fue llamado berkelio por la ciudad en la cual fue sintetizado. Sin embargo, cuando el equipo de investigación descubrió el elemento 98, no pudieron pensar en una buena analogía con el disprosio, y en vez de eso nombraron al elemento californio por el estado en el cual fue sintetizado. El equipo de investigación llegó a señalar que "se nombró así en reconocimiento al hecho de que el disprosio fue nombrado sobre la base de una palabra griega que significa 'difícil de conseguir', así mismo a los buscadores de otro elemento hace un siglo atrás (el oro) les fue difícil conseguir ir a California."12
Aplicaciones
El disprosio se usa, en conjunción con vanadio y otros elementos, como componente de materiales para láseres; su alta sección eficaz de absorción de neutrones térmicos y su alto punto de fusión también sugieren su utilidad para barras de control nuclear. Un óxido mixto de disprosio y níquel forma materiales que absorben los neutrones y no se contraen ni dilatan bajo bombardeo de neutrones prolongado, y que se usan para barras de control en reactores nucleares. Algunos calcogenuros de disprosio y cadmio son fuentes de radiación infrarroja para el estudio de reacciones químicas. El disprosio también se usa en la fabricación de discos compactos.
Símbolo: Dy
Clasificación: Metales de transición Grupo 3 Lantánidos Tierras raras Serie de elementos Lantánidos
Número Atómico: 66
Masa Atómica: 162,50 Número de protones/electrones: 66 Número de neutrones (Isótopo 163-Dy): 97 Estructura electrónica: [Xe] 4f10 6s2 Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 28, 8, 2 Números de oxidación: +2, +3, +4
Electronegatividad: 1,22
Energía de ionización (kJ.mol-1): 572 Afinidad electrónica (kJ.mol-1): Radio atómico (pm): 177 Radio iónico (pm) (carga del ion): 91(+3)
Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 17,2
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 293
Punto de Fusión (ºC): 1412
Punto de Ebullición (ºC): 2567 Densidad (kg/m3): 8550; (20 ºC) Volumen atómico (cm3/mol): 19,01 Estructura cristalina: Hexagonal Color: Plateado claro.
Isótopos: Siete isótopos naturales: 156-Dy (0,06%), 158-Dy (0,10%), 160-Dy (2,34%), 161-Dy (18,9%), 162-Dy (25,5%), 163-Dy (24,9%), 164-Dy (28,2%). Veintisiete inestables, el de mayor período de semidesintegración es 154-Dy (3x106 años) y el de menor es 141-Dy (0,9 segundos).
Descubierto en: 1886
Descubierto por: P.E. Lecoq de Boisbaudran Fuentes: Minerales: monacita, bastnäsita. Usos: Tubos de televisión en color. Reactores nucleares.
Curiosidades sobre el elemento: Constituye el 5,2x10-4% en peso de la corteza. Fue descubierto, pero no aislado, por Lecoq de Boisbaudran en 1886. Hasta el desarrollo de la cromatografía de intercambio iónico y la reducción metalotérmica por Spedding y col, no se ha dispuesto del metal ni del óxido. Aparece junto a los otros metales del grupo en minerales como xenotima (YPO4), fergusonita [(Nb,Ta)YO4], gadolinita (Y2FeBe2[SiO4]2O2), euxenita o policrasa [(Y,Ce,Er,U,Th,Ca,..)(Nb,Ta,Ti,Fe)2O6], y blomstrandina (igual que la euxenita, pero con mayor contenido en Ti). Las fuentes comerciales importantes son monacita (CePO4 con Y, Th, La,...) y bastnäsita ((Ce,La,Dy)[CO3F]).
El disprosio se obtiene por reducción del trifluoruro con calcio. El elemento es un metal pesado, brillante, plateado claro, bastante blando (puede cortarse con un cuchillo, pero para que no se inflame hay que evitar sobrecalentamiento). Es relativamente estable al aire, es fácilmente atacado y disuelto por ácidos minerales diluidos y concentrados con desprendimiento de hidrógeno. Pequeñas impurezas cambian mucho sus propiedades físicas. Se conocen dos modificaciones: alfa hasta 1360ºC y beta por encima de esta temperatura. No tiene actualmente muchas aplicaciones, pero su alta sección de captura de neutrones térmicos y su alto punto de fusión sugieren su uso en control nuclear y en aleaciones de aceros inoxidables especiales. Un cermet o cermetal(*) de níquel y óxido de disprosio tiene aplicación en las varillas de refrigeración de reactores nucleares. Este cermet absorbe neutrones fácilmente sin expandirse o contraerse debido al bombardeo prolongado con neutrones En combinación con vanadio y otras tierras raras se ha usado para láseres. Como fuentes de radiación infrarroja, los calcogenuros de disprosio y calcio se han usado en el estudio de reacciones químicas. |
No hay comentarios:
Publicar un comentario