Tierras raras para niños
Las tierras raras son un grupo especial de 17 elementos químicos. Incluyen el escandio, el itrio y los 15 elementos del grupo de los lantánidos. Estos son: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio.
Aunque se les llama "tierras raras", no son tan escasos en la Tierra como su nombre sugiere. Algunos, como el cerio, el itrio y el neodimio, son incluso más comunes que otros metales. Se les llama "raras" porque es difícil encontrarlos en su forma pura. La palabra "tierra" se usaba antiguamente para referirse a sustancias que podían disolverse en ácido, como los óxidos.
Contenido
¿Cómo se descubrieron las tierras raras?
El descubrimiento de estos elementos comenzó en 1787.
Los primeros hallazgos
El teniente de artillería Carl Axel Arrhenius encontró un mineral negro y pesado en Ytterby, Suecia. Pensó que era algo nuevo y lo llamó "piedra pesada de Ytterby". En 1792, envió una muestra a Johan Gadolin, un químico de Finlandia. Gadolin descubrió que la piedra contenía un óxido de un elemento desconocido.
Dos años después, Gadolin publicó sus hallazgos. Otros químicos, L.N. Vauquelin y M.H. Klaproth, confirmaron su descubrimiento. Llamaron al mineral Gadolinita y al óxido del nuevo elemento "yttria", que luego dio origen al nombre actual del elemento, itrio (Y).
En 1751, el barón Axel Fredrick Cronstedt encontró otro mineral en Suecia, al que llamó "piedra pesada de Bastnäs". En 1803, los químicos Jöns Jacob Berzelius y Wilhelm Hisinger estudiaron este mineral. Descubrieron un óxido desconocido al que llamaron "ceria" y al nuevo elemento cerio (Ce). Le pusieron ese nombre en honor al planeta enano Ceres, descubierto poco antes.
Separando los elementos
En 1830, Carl Mosander, alumno de Berzelius, logró aislar el cerio (Ce). Al hacerlo, también descubrió otro óxido en pequeñas cantidades, al que llamó "lantana". El elemento que formaba este óxido se llamó lantano (La). Mosander también separó otro óxido de la ceria, llamado "didimia", que más tarde se descubrió que contenía dos óxidos diferentes.
En 1844, Mosander siguió investigando el mineral itria. Se dio cuenta de que era un óxido muy complejo. Descubrió que las muestras de itria natural contenían otros óxidos, como el de ceria, lantana, didimia, y dos nuevos: "erbia" (amarillo) y "terbia" (rosa). Años después, sus nombres se intercambiaron.
Más descubrimientos en el siglo XIX
En 1878, Jean de Marignac obtuvo un nuevo óxido llamado "iterbia". Al año siguiente, Lars Nilson separó otra tierra rara de la iterbia, a la que llamó "escandia" (en honor a Escandinavia), que está formada por escandio (Sc). Ese mismo año, Per Cleve aisló tres partes de la erbia, llamando a dos de ellas "holmia" (por Estocolmo) y "thulia" (por un nombre antiguo de Escandinavia). Estos óxidos correspondían al holmio (Ho) y al tulio (Tm).
Más tarde, el químico francés Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, usando técnicas avanzadas, encontró un nuevo óxido en la didimia, al que llamó "samaria". De este óxido se aisló el samario (Sm), nombrado en honor al coronel ruso Vasili Samarski-Bykhovets.
En 1886, Paul Lecoq aisló de la samaria un nuevo óxido llamado "gadolinia", en honor a Johan Gadolin. El elemento de este óxido se llama gadolinio (Gd). Ese mismo año, Lecoq aisló otra tierra de la holmia, a la que llamó "diprosia", que era el óxido de disprosio (Dy). En 1885, Karl von Welsbach separó de la didimia otros dos óxidos: "praseodimia" (gemelo verde) y "neodimia" (nuevo gemelo). De ellos se identificaron el praseodimio (Pr) y el neodimio (Nd).
Descubrimientos del siglo XX
En 1901, Eugène Demarçay aisló el europio de sales de samario y lo nombró en honor al continente europeo. En 1907, Georges Urbain aisló el lutecio (Lu), nombrado por París (Lutecia en latín).
El prometio (Pm) es el único elemento de las tierras raras que es radiactivo y muy escaso en la naturaleza. Se obtuvo artificialmente en reactores nucleares en 1944, y su descubrimiento se anunció en 1947. Su nombre es en honor al dios griego Prometeo.
¿Cuáles son las tierras raras y para qué se usan?
Aquí tienes una tabla con los 17 elementos de tierras raras, sus símbolos, de dónde vienen sus nombres y algunos de sus usos más importantes.
| Z | Símbolo | Nombre | Origen del nombre | Usos principales | Abundancia (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|
| 21 | Sc | Escandio | De Escandinavia. | Aleaciones ligeras para aviones, lámparas especiales, agentes de rastreo. | 22 |
| 39 | Y | Itrio | Por la aldea de Ytterby, Suecia. | Láseres, pantallas de televisión (para el color rojo), superconductividad, filtros de microondas, bombillas de bajo consumo, bujías. | 33 |
| 57 | La | Lantano | Del griego lanthaneîn ("escondido"). | Vidrios especiales, pedernales, almacenamiento de hidrógeno, electrodos de batería, lentes de cámara, catalizadores para refinerías. | 39 |
| 58 | Ce | Cerio | En honor al planeta enano Ceres. | Agente químico, polvo para pulir, colores amarillos en vidrio y cerámica, catalizadores para hornos y refinerías, pedernales para encendedores. | 66.5 |
| 59 | Pr | Praseodimio | Del griego prasios didymos ("gemelo verde"). | Imanes, láseres, colorante en vidrios y esmaltes, gafas de soldadura, pedernales. | 9.2 |
| 60 | Nd | Neodimio | Del griego neos didymos ("nuevo gemelo"). | Imanes, láseres, colores violeta en vidrio y cerámica, condensadores, motores de coches eléctricos. | 41.5 |
| 61 | Pm | Prometio | En honor al titán Prometeo. | Baterías nucleares, pintura luminosa. | 1x10-5 |
| 62 | Sm | Samario | En honor al ingeniero de minas ruso Vassili Samarsky-Bykhovets. | Imanes, láseres, barras de control en reactores nucleares. | 7.05 |
| 63 | Eu | Europio | En honor al continente Europa. | Fosforescentes rojos y azules, láseres, lámparas de vapor de mercurio y fluorescentes. | 2 |
| 64 | Gd | Gadolinio | En honor a Johan Gadolin. | Vidrios especiales, láseres, tubos de rayos X, memorias de computadora, agente de contraste para resonancia magnética. | 6.2 |
| 65 | Tb | Terbio | Por la aldea de Ytterby, Suecia. | Aditivo en imanes, fosforescentes verdes, láseres, lámparas fluorescentes, sistemas de sonar. | 1.2 |
| 66 | Dy | Disprosio | Del griego "disprositos" ("difícil de conseguir"). | Aditivo en imanes, láseres, unidades de disco duro. | 5.2 |
| 67 | Ho | Holmio | Por Estocolmo (Holmia en latín). | Láseres, estándares de calibración, imanes. | 1.3 |
| 68 | Er | Erbio | Por la aldea de Ytterby, Suecia. | Láseres infrarrojos, acero especial, tecnología de fibra óptica. | 3.5 |
| 69 | Tm | Tulio | En honor a la tierra mitológica Thule. | Máquinas portátiles de rayos X, lámparas especiales, láseres. | 0.52 |
| 70 | Yb | Iterbio | Por la aldea de Ytterby, Suecia. | Láseres infrarrojos, agentes químicos, bengalas, acero inoxidable, medicina nuclear. | 3.2 |
| 71 | Lu | Lutecio | En honor a Lutecia (antiguo nombre de París). | Detectores para Tomografía por emisión de positrones, vidrio de alto índice de refracción, catalizadores, bombilla LED. | 0.8 |
¿Cómo se comportan las tierras raras?
Las tierras raras son metales que tienden a perder electrones fácilmente. La mayoría se encuentran con una carga eléctrica de 3+. Una característica interesante es que su tamaño disminuye a medida que avanzamos en la tabla periódica, un efecto llamado "contracción lantánida".
Propiedades especiales
Las propiedades magnéticas y de color de los lantánidos son únicas. Esto se debe a que los electrones que les dan estas propiedades están muy protegidos dentro del átomo. Por eso, sus colores y comportamientos no cambian mucho, sin importar con qué otros elementos se combinen.
Aquí puedes ver los colores de algunos iones de tierras raras:
| Ion | Color |
|---|---|
| La | Incoloro |
| Ce | Incoloro |
| Pr | Verde |
| Nd | Lila |
| Pm | Rosa; Amarillo |
| Sm | Amarillo |
| Eu | Rosa pálido |
| Gd | Incoloro |
| Tb | Blanco plateado |
| Dy | Blanco plata |
| Ho | Plateado |
| Er | Plateado |
| Tm | Gris plateado |
| Yb | Plateado |
| Lu | Blanco plateado |
Algunos iones de lantánidos, como el europio, pueden emitir luz (fluorescencia) cuando se usan en ciertos materiales. Esto es útil para pantallas y luces.
Usos importantes de las tierras raras
Las tierras raras tienen muchas aplicaciones en nuestra vida diaria y en tecnologías avanzadas.
En la vida cotidiana
El cerio, por ejemplo, es parte de la aleación que produce chispas en los encendedores. También se usa en catalizadores para la producción de amoníaco.
En la medicina y la tecnología
En resonancia magnética nuclear, algunos compuestos de lantano se usan para ayudar a ver mejor las imágenes. También se emplean en la fabricación de lámparas especiales de descarga de alta intensidad.
En el radiodiagnóstico (como las radiografías), las tierras raras se usan en las pantallas que intensifican la imagen. Elementos como el gadolinio, lantano e itrio, activados por otros elementos como el terbio o el tulio, producen luz cuando los rayos X los atraviesan. Esto permite obtener imágenes más claras con menos radiación para el paciente.
En las energías limpias
Las tierras raras son muy importantes para las tecnologías que buscan cuidar el medio ambiente.
- Producción de energía:
* Generadores eólicos: Contienen imanes hechos con neodimio, disprosio, terbio, hierro y boro. Estos imanes son clave para que los molinos de viento generen electricidad. * Fuentes de energía en pilas atómicas: El prometio-147 se usa en baterías especiales que generan electricidad para vehículos espaciales.
- Eficiencia energética:
* Iluminación: Los tubos fluorescentes y las luces LED usan tierras raras para producir luz brillante y ahorrar energía. * Motores eléctricos: Los coches híbridos y eléctricos, patinetes y bicicletas eléctricas usan motores con imanes de neodimio y disprosio. Esto los hace potentes y pequeños. * Baterías recargables: Las baterías de níquel e hidruro de metal (Ni-MH) usan aleaciones de cerio, lantano, neodimio y praseodimio. Son más eficientes y menos contaminantes que otras baterías.
- Manejo de la energía:
* Sistemas de comunicación y control: Las tierras raras ayudan en los sistemas que controlan cómo se distribuye y usa la energía. * Almacenamiento de hidrógeno: Algunos hidruros de tierras raras pueden almacenar hidrógeno, que luego se puede usar como combustible. * Control de energía nuclear: Isótopos de samario, gadolinio, disprosio, holmio y erbio se usan para controlar la energía en reactores nucleares. * Catalizadores en automóviles: El lantano y el cerio se usan en los convertidores catalíticos de los coches para reducir la contaminación de los gases de escape. El óxido de cerio también puede añadirse al combustible para ayudar a limpiar el motor.
¿Por qué se llaman "tierras raras"?
Se les llamó "tierras" porque en el siglo XVIII, los científicos no podían separar estos elementos de sus óxidos. Pensaban que eran "tierras" (óxidos) de metales desconocidos.
A pesar de su nombre, las tierras raras no son tan raras. Son más abundantes en la corteza terrestre que metales como el mercurio, el oro o la plata. El prometio es el único que es realmente raro en la naturaleza, ya que es radiactivo y se desintegra rápidamente. Por eso, se produce artificialmente en reactores nucleares.
Galería de imágenes
-
Mineral de tierras raras.
Véase también
En inglés: Rare-earth element Facts for Kids
