lantánido –

Nombre genérico de los elementos de tierras raras, dotados de propiedades químicas muy similares, el primero de los cuales es el lantano. (A menudo se representan con el símbolo Ln).

Lantánidos y tierras raras

Los lantánidos incluyen el lantano y los 14 elementos químicos que le siguen en la tabla periódica de los elementos (números atómicos que van del 57 al 71). Se clasifican en la tabla de Mendeleev con la serie de actínidos. El químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) separó los lantánidos en dos subgrupos según la solubilidad de sus sulfatos: el grupo del cerio, que incluye lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio y samario (elementos con números atómicos Z = 57 a 63, o tierras cérico); y el subgrupo de itrio, que incluye europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio (elementos con números atómicos que van de Z = 64 a 71, o tierras itrico). Si bien forman otro subconjunto de tierras raras, el escandio y el itrio, de fórmulas electrónicas comparables, muestran pocas diferencias con los lantánidos y se estudian con mayor frecuencia juntos.

A pesar de un calificativo por su descubrimiento tardío y las dificultades para separarlas, las tierras raras están significativamente presentes en la corteza terrestre: las reservas mundiales se estiman en 45 Mt y, por ejemplo, el lantano y el neodimio son más abundantes en la naturaleza que el plomo y el cerio. es tan común como el estaño o el zinc. Las tierras raras no existen individualmente sino como una mezcla en más de 150 minerales listados, ninguno de los cuales tiene la misma distribución. El consumo mundial de tierras raras expresadas en óxidos se estima en 25.000 t/año.

Configuraciones electrónicas y propiedades químicas.

Todas las tierras raras tienen la misma configuración electrónica externa y, por lo tanto, propiedades químicas muy similares. Los lantánidos se diferencian únicamente por la estructura de una capa más interna: se denominan elementos de transición interna. Esta particularidad explica su agrupación y hace que posean propiedades físicas y químicas similares. Su gran afinidad por el oxígeno da como resultado una importante piroforicidad del metal así como una gran estabilidad del enlace tierra rara/oxígeno (formación de óxidos muy refractarios). Las tierras raras se combinan fácilmente con aniones para dar sales, solubles (cloruros, nitratos) o insolubles (sulfuros, fluoruros, carbonatos, oaxaltos, fosfatos); pueden estar involucrados en un gran número de compuestos minerales sintéticos (boratos, molibdatos, silicatos) y también son fácilmente quelados (unidos a dos o más sitios distintos del mismo ligando) por moléculas orgánicas para formar complejos muy estables.

Métodos de extracción

Ningún desarrollo tecnológico de las tierras raras hubiera sido posible sin técnicas de separación muy elaboradas, necesarias por la similitud de las propiedades químicas de los elementos a aislar.

Él cristalizaciones divididas utilizado al principio de XX^y siglo, entonces los métodos que utilizan el resinas de intercambio iónico permitieron el acceso a las diversas tierras raras con purezas satisfactorias y fueron acompañadas por las primeras aplicaciones industriales (manguitos incandescentes, pedernales más ligeros, vidrio y aplicaciones metalúrgicas). Las exigencias del mercado, en términos de calidad y tonelaje, han justificado la implementación de métodos deextraccion solvente. Han permitido la producción industrial de óxidos o sales de tierras raras con purezas cada vez más elevadas (> 99,99%), imprescindibles para aplicaciones ópticas.

Los lantánidos de bajo número atómico, es decir, los más ligeros, se encuentran principalmente en minerales de monacita (LnPO₄); los más pesados ​​se extraen principalmente de gadolinita. El prometio, que sólo tiene isótopos radiactivos, se ha separado de los productos de fisión del uranio 235. Siendo sus propiedades físicas y químicas muy similares, su separación es difícil. Se realiza principalmente por cristalización fraccionada, intercambio iónico en resina y extracción con solvente. Los metales se obtienen por electrólisis de cloruros fundidos, o por reducción de cloruros o fluoruros anhidros, respectivamente por sodio (para los lantánidos ligeros) o magnesio (para los lantánidos pesados). Luego se purifican por destilación. Ningún desarrollo tecnológico de las tierras raras hubiera sido posible sin técnicas de separación muy elaboradas, necesarias por la similitud de las propiedades químicas de los elementos a aislar.

Aplicaciones industriales

Las principales aplicaciones industriales utilizan tierras raras de naturalezas y especificidades muy diferentes.

En metalurgia, su función principal es la de atrapar el oxígeno, el azufre u otros elementos nocivos para las propiedades de las fundiciones o los aceros. Utilizados con mucha frecuencia como aditivos estructurales, también permiten controlar la morfología de las inclusiones de sulfuros en los aceros y la esferoidización de las impurezas de grafito en las fundiciones (mejorando la ductilidad de los materiales así como su resistencia térmica o mecánica).

En el campo de la catálisis, las propiedades químicas de las tierras raras les confieren un gran interés para mejorar la estabilidad, actividad o selectividad de los sistemas catalíticos. Así, los catalizadores multifuncionales que permiten reducir los contenidos de monóxido de carbono y de nitrógeno y de hidrocarburos de los gases de escape están constituidos por un metal precioso depositado sobre un soporte de alúmina que comprende óxido de cerio. El óxido de cerio, en contenidos del orden del 20% en peso, desempeña, gracias a sus propiedades redox, el papel de regular el contenido de oxígeno de la mezcla gaseosa (mejor actividad catalítica global).

Aplicaciones industriales de las tierras raras en el campo de la cerámico y Copa son muy variadas: obtención de púrpura (neodimio), verde (praseodimio) o rosa (erbio) en cristales u oftálmicos; el cerio combinado con el titanio permite producir un color amarillo brillante, muy utilizado para la vajilla, pero su uso principal es en el campo de la decoloración: oxida ciertas impurezas coloreadas (hierro divalente) o, debido a su fuerte absorción de rayos ultravioleta y electrones , evita el ennegrecimiento de los vidrios bajo el efecto de estas radiaciones (ventanas, botellas, lentes de gafas sometidos permanentemente a rayos ultravioleta, caras frontales de tubos de televisión o ventanas bajo radiación de alta energía). En cuanto al lantano, permite obtener vidrios de borato con alto índice de refracción y baja dispersividad, indispensables en óptica de precisión para la producción de objetivos fotográficos o lentes de microscopio, por ejemplo.

Las emisiones luminiscentes cuasi-monocromáticas se utilizan para obtener un rendimiento excepcional en televisión, iluminación o radioluminiscencia. Los fósforos de tierras raras utilizados para la iluminación han permitido producir tubos fluorescentes tricromáticos: la radiación ultravioleta, emitida por gotitas de mercurio excitadas entre dos electrodos, se transforma en luz visible por medio de tres fósforos cuyos activadores emiten cada uno un color fundamental (divalente europio para azul y trivalente para rojo, terbio para verde). Las salidas de luz y la vida útil de estos tubos son varias veces mayores que las de las lámparas incandescentes tradicionales.

En radioluminiscencia, la intensa absorción de rayos X, la excelente eficiencia de conversión en luz visible y una longitud de onda de emisión muy adecuada a la máxima sensibilidad de las emulsiones fotográficas utilizadas hacen que los fósforos de tierras raras sean los materiales de elección en las pantallas utilizadas para transformar un médico X- imagen de rayo en una imagen óptica.

Las excepcionales propiedades magnéticas obtenidas en aleaciones de “elementos de transición/tierras raras” se implementan en la magnetos permanentes (SmCo₅Sm₂Co₁₇nd₂Fe₁₄B). La consecuencia más espectacular de su uso fue la miniaturización de los imanes, lo que dio como resultado una alta fidelidad (Sm₂Co₁₇) por una reducción considerable del volumen de los altavoces o micrófonos (en particular, de los auriculares portátiles). Por otro lado, el bajo costo y las excelentes propiedades magnéticas de los imanes de neodimio los convierten en materiales prometedores para el reemplazo de electroimanes (especialmente en la industria automotriz para reemplazar bobinados).