Transitando por las tierras raras

Desde el año 2014 transito las tierras raras. Bien es cierto que hice una incursión en esos parajes en el año 1978 y 1996; pero aquellos fueron viajes esporádicos, sin continuidad. Ahora llevo ya 9 años de travesía por este viaje a través de la latitud -4, siguiendo la longitud 7 de las tabla periódica.

Hacia abajo de la tabla periódica, en dos filas que parecen fuera de la tabla principal, se encuentran elementos que raramente se alcanzan a estudiar en los cursos de química. La penúltima fila, la denominada “lantánidos” está compuesta por las denominadas “tierras raras”. En contradicción con la creencia popular que las califica así ocurre que ni son tierras, ni son tan raras.

Se trata, por supuesto, de un tránsito virtual, de un juego mental en el que asocio elementos de la tabla periódica con mi edad en función de su número atómico y mi respectivo cumpleaños. Es una forma original de celebrarlos; pero este compromiso que me impongo me obliga a investigar un poco sobre los elementos que cimentan el universo. Una árida propuesta, rara como los lantánidos (los países químicos que atravieso ahora), extravagante si se quiere; pero que aporta sorprendentes beneficios a la curiosidad como sorprendentes son las propiedades y usos de estos elementos excepcionales. 

Se ha dado el nombre de tierras raras al conjunto de 17 elementos químicos: escandio, itrio y los 15 elementos del grupo de los lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometeo, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio). El escandio y el itrio se incluyen porque aparecen frecuentemente mezclados con los lantánidos en los mismos yacimientos.

Hasta hace pocos años las tierras raras eran el patito feo de la química, con muy pocas aplicaciones industriales hasta mediados del siglo XX, cuando empezaron a destacar por sus especiales propiedades magnéticas: imanes permanentes de una potencia impensable o con comportamientos muy específicos. Las posibles matices de esa magnetización a la carta son inagotables, porque se trata de 17 elementos con propiedades muy parecidas —y eso sí que es raro, una semejanza inédita dentro de los 118 elementos de la tabla—, todos ellos metales plateados y blandos, que se oxidan muy fácilmente. La principal característica de los lantánidos es que contienen electrones en los orbitales f, de la capa 4, protegidos por los electrones en las capas externas s y p. Son precisamente esos electrones “4f” los que marcan las notables propiedades de las tierras raras.

Las tierras raras pocas veces son mencionadas, pero representan elementos esenciales para la vida moderna. Así es que, cada que utilice algún dispositivo electrónico, como su teléfono móvil o sus audífonos, piense que su funcionamiento es posible gracias a los lantánidos.

Uno de los rasgos importantes de estos elementos son sus propiedades eléctricas, magnéticas, de fluorescencia o de luminiscencia. Esto las lleva actualmente a estar presentes en infinidad de aplicaciones industriales. Así el samario se emplea en potentes imanes permanentes que permiten el desarrollo de eficientes motores eléctricos. El almacenado de datos informáticos debe parte de sus avances a las extraordinarias propiedades magnéticas del iterbio y del terbio. Los maravillosos colores rojos de las pantallas planas que han llevado a la obsolescencia a los viejos tubos de rayos catódicos de nuestras viejas televisiones, tienen mucho que ver con el europio y el itrio. Cerio y erbio participan de manera decisiva en aleaciones metálicas especiales y los últimos avances de los cristales láser son cosa del neodimio y el holmio. El neodimio se usa también como colorante en esmaltes cerámicos y cristales y en la fabricación de gafas para soldadores ya que absorbe la luz ámbar de la llama del arco voltaico. Este elemento le confiere delicados colores a los cristales que varían desde el violeta puro, hasta el gris claro. También son usados por los astrónomos para calibrar sus espectrómetros y filtros de radiación infrarroja. Los cristales que contienen neodimio se utilizan en la fabricación de rubíes sintéticos empleados para fabricar láser de radiación infrarroja (1054-1064nm). Láseres de neodimio (cristales de itrio y aluminio) se usan en odontología y medicina, al igual que el fluoruro del itrio y litio, y el vanadato del itrio. Finalmente, el neodimio se utiliza en los imanes permanentes de gran intensidad de campo. Estos imanes son más baratos y potentes que los imanes de samario-cobalto, y son comunes en productos como auriculares, altavoces, discos duros de ordenadores, sensores. Pero, además, las tierras raras se emplean en muchas más cosas de las que pensamos: en los procesos catalíticos del refino del petróleo, en las cerámicas técnicas superconductoras, en fibras ópticas, en refrigeración, almacenamiento de energía, vidrios especializados, baterías nucleares, tubos de rayos X, microondas y un largo etcétera. Por otra parte, las tierras raras forman complejos de coordinación con moléculas orgánicas lo que les hace muy útiles como materiales luminiscentes, en láseres y en equipos de resonancia magnética nuclear y de imágenes de resonancia magnética en sistemas diagnósticos de medicina. Por ejemplo, un material muy importante para aumentar la resolución de las imágenes de MRI es un complejo de gadolinio, el cual es administrado a los pacientes antes de someterse a este tipo de estudios. Sus propiedades nucleares, por otro lado, han sido aprovechadas para otra gran variedad de aplicaciones: El europio y el disprosio se utilizan en cilindros de control para reactores nucleares; mientras que uno de los isótopos del itrio (Y-90) se utiliza en terapias para tratamiento contra el cáncer. Adicionalmente, el iterbio-169 y el gadolinio-153 se utilizan en equipos de rayos-X.

  Afortunadamente, las tierras raras no son raras en el sentido de escasas. Son mucho más abundantes que el verdadero oro, y se encuentran en mayores proporciones en la corteza terrestre que metales tan comunes como zinc, plomo o estaño. Sin embargo, su minería y procesamiento son tan complejos y contaminantes que nos obligan a buscar otros caminos. Numerosos países podrían explotar yacimientos de tierras raras, pero el rechazo social a esta actividad hace que muchas prospecciones ni siquiera se inicien. Actualmente se contemplan con codicia los vertederos de "reciclado", ya cimientos inesperados donde van a parar nuestros gadgets

tecnológicos.

En la naturaleza, estos elementos se encuentren geológicamente muy juntos, lo cual facilita su localización; pero hace difícil su identificación y separación. Su minería es una actividad compleja y su extracción provoca un potente impacto sobre el entorno (minas a cielo abierto, empleo de ácidos y generación de residuos tóxicos). Las sociedades occidentales, que rechazaron esas condiciones hasta finales del siglo XX, dejaron su producción en manos de China (poseedora además de los mayores yacimientos del mundo) que tiene una legislación laboral y ambiental más laxa. Esta apotencia aceptó estratégicamente asumir ese liderazgo, algo que las potencias mundiales restantes contemplan con preocupación.