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Propiedades de las Tierras raras

Publicado por Ángeles Méndez

Se conoce como tierras raras, al grupo de elementos de la tabla periódica que ocupan el bloque “f”, los cuales se componen de mezclas de óxidos e hidróxidos. El grupo se encuentra formado por la serie de los lantánidos y los actínidos, constituyendo los periodos 6 y 7 de la tabla periódica respectivamente. Se caracterizan entre otras cosas por poseer radios iónicos y comportamientos químicos, muy similares entre sí. Generalmente el estado de oxidación de los elementos que conforman el grupo de las tierras raras suele ser el +3.

Talio

El nombre de tierras raras, deriva de la denominación antigua de la palabra óxido, que era precisamente, tierra. A pesar de llamarse “raras”, no escasean en la corteza terrestre, llegando a ser en algunos casos, como por ejemplo, el itrio, más abundantes que elementos tan comunes como el plomo. Realmente se les denomina con el término de raras, debido a la dificultad que entraña separar a los elementos de los minerales en los que se encuentran.

Suelen utilizarse en la fabricación de fuertes imanes, superconductores, láser, en medicina (resonancias magnéticas), etc.

El primer problema que presenta el grupo de elementos tierras raras, los cuales van numerados desde el 57 al 70, es su terminología. Pues los elementos que van del lantano al terbio se conocen como lantánidos o lantanoides, y corresponden al llenado del conjunto de orbitales 4f. En cambio, otros elementos frecuentemente se consideran parte del mismo conjunto, estos son los elementos del grupo tres, el escanio, itrio y el lutecio. Se puede utilizar también el término “metales de tierras raras”, para hacer referencia a los elementos lactanoides en su conjunto, incluyendo así a los del grupo tres, ya mencionados. Sin embargo, la detonación tierra rara, en sí puede prestarse a confusión, pues como ya habíamos dicho, mucho de estos elementos son bastante abundantes y comunes. Por ejemplo, el elemento cerio, es tan abundante, como lo es el cobre.

También hay discordia entre los químicos, en la cuestión de cuál es el grupo de elementos que forman realmente a los lantanoides, pues algunos dicen que estos van del cerio al lutecio, mientras otros afirman que van del lantano al iterbio. Este problema se hace evidente cuando se examinan las configuraciones electrónicas. Generalmente todos los diseños de tablas periódicas de uso convencional, muestran al lutecio como un lantanoide, la configuración electrónica de este en realidad se ajusta más a la tercera serie de los elementos de transición. Sin embargo, debido a que los 15 elementos del lantano al lutecio poseen bastantes características en común, se hace más lógico considerarlos juntos. Por ejemplo, el ión común único a todos los elementos es aquel que posee carga 3+, cuya configuración electrónica forma una sucesión sencilla de llenado del orbital 4f, que va de cero a catorce.

Estos metales son todos densos moderadamente y blandos, con puntos de fusión que oscilan en torno a los 1000ºC, y puntos de ebullición cerca de los 3000ºC. Químicamente hablando, los metales poseen una reactividad muy similar a la de los elementos que conforman el grupo de los alcalinotérreos. Como ejemplo de esta similitud, el hecho de que todos ellos reaccionan con el agua para dar lugar al hidróxido del metal más hidrógeno gas, siguiendo el patrón de la reacción:

2M (s) + 6 H2O (l) → 2 M (OH)3 (s) + 3 H2 (g)

El parecido de estos elementos se debe en gran parte a que los electrones 4f no tienen participación en los enlaces. Así es que el llenado paulatino de los orbitales según se avanza por la fila no poseen ningún efecto sobre la química de los elementos.

Los radios de los iones +3, disminuyen constantemente desde 117 pm en el caso del lantano, hasta 100 pm en el caso del lutecio. Debido a que los orbitales f no pueden apantallar eficazmente a los electrones 5s y 5p más exteriores, el aumento que se produce en la carga nuclear hace que aminore el tamaño de los iones. Los iones grandes tienen un número de coordinación bastante alto. Tan sólo el cerio posee un segundo estado de oxidación, a parte del 3+, y es el 4+, que corresponde a la configuración de Kernel, del gas noble [Xe]. Este es un estado de oxidación muy oxidativo, lo que lo hace partícipe de muchas reacciones redox, cosa que hace que sea el único elemento de las tierras raras que se encuentra comúnmente en los laboratorios químicos.

Los cationes tripositivos de la mayoría de los lactanoides presentan coloraciones verdes, rosadas y amarillas. Dichos colores son el resultado de la transición electrónica existente entre los orbitales f.

Es normal, añadir al escanio y al itrio en los lactanoides. Ambos elementos son metales blandos, bastante reactivos, con estado de oxidación 3+. Al itrio lo podemos encontrar en las menas que contienen a otros lantanoides.

Fue en Suecia, concretamente en el pueblo de Ytterby, donde se descubrió por vez primera un mineral de tierras raras, de donde salieron elementos con nombres como el itrio, terbio, erbio, e iterbio.

Los metales de las tierras raras no tienen demasiados usos, teniendo además una producción anual en torno a las 20000 toneladas. La mayoría de los metales de este tipo se utilizan como aditivos de aceros especiales. Sin embargo, en casi todas las casas hay compuestos lactanoides pues se utilizan en las sustancias fosforescentes que se encuentran en las televisiones a color.

En cuanto a los actinoides, estos son todos radiactivos, con vidas medias bastante largas como para permitir la presencia de estos metales en los minerales de la Tierra. El único actinoide que podemos encontrar en los hogares comunes es el americio 241, pues es la base de todos los detectores de humo.

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