Que Son La Tierras Raras?

Tierras raras es el nombre común de 17 elementos químicos: escandio, itrio y los 15 elementos del grupo de los lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio).

Aunque el nombre de «tierras raras» podría llevar a la conclusión de que se trata de elementos escasos en la corteza terrestre, algunos elementos como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes. Se las califica de «raras» debido a que es muy poco común encontrarlos en una forma pura, aunque hay depósitos de algunos de ellos en todo el mundo. El término «tierra» no es más que una forma arcaica de referirse a algo que se puede disolver en ácido, o dicho de otro modo, es una denominación antigua de los óxidos.

Origen

La formación de tierras raras en el universo ocurre principalmente en eventos cósmicos violentos como la fusión de estrellas de neutrones. Los meteoritos que contienen estas tierras raras pueden ofrecer información sobre su origen extraterrestre y su distribución en el sistema solar; objeto y material muy importante que ayuda a científicos e investigadores a explorar nuevas vías de explotación, sobre todo en asteroides, (y por extensión, los meteoritos que de ellos provienen), además de ser increíblemente ricos en metales valiosos, incluyendo tierras raras, entre otros.

Aplicaciones

El cerio también es componente de la aleación que genera las chispas en los encendedores mecánicos y en los catalizadores del proceso de Haber-Bosch de la síntesis del amoníaco.

Actualmente se investigan aplicaciones en síntesis orgánica de compuestos organometálicos de estos elementos.

En resonancia magnética nuclear se utilizan compuestos, por ejemplo del lantano, como aditivos para separar señales de compuestos que de otro modo se detectarían juntos.

Combinados con halogenuros metálicos se usan en la fabricación de lámparas de descarga HMI (Hydrargyrum medium-arc iodide).

Radiodiagnóstico

Además en radiodiagnóstico se utilizan como material fosforescente en las pantallas intensificadoras de imagen (en los chasis que todavía se usan con película, emulsión y revelado fotográfico).

La expresión tierras raras se aplica a los elementos del grupo IIIB de la tabla periódica de los elementos, con números atómicos. Estos elementos son metales de transición escasos en la naturaleza. Los elementos de tierras raras utilizados en pantallas radiológicas son gadolinio, los cuales funcionan como material fosforescente. En las fórmulas siguientes de los compuestos respectivos de esta propiedad, después de los dos puntos se especifica un elemento activador.

Oxisulfuro de gadolinio (Gd₂O₂S: Tb), activado por terbio (Z = 65). Se emite una coloración verde cuya longitud de onda es de 540 nm.
Oxisulfuro de lantano (La₂O₂S: Tb), activado por terbio (Z = 65). Se emite una coloración verde cuya longitud de onda es de 540 nm.
Oxisulfuro de itrio (Y₂O₂S: Tb), activado por terbio (S = 65). Se emite una coloración azul de longitudes de onda entre 450 y 500 nm.
Oxibromuro de lantano (LaOBr: Tm), activado por tulio (S = 69). Se emite una coloración azul de longitudes de onda entre 450 y 500 nm.
Tantalato de itrio (YTaO₄: Tm), activado por tulio (S = 69). Se emite una coloración azul-ultravioleta de longitudes de onda entre 450 y 500 nm.

Las pantallas de tierras raras ofrecen una ventaja única con respecto a las de wolframato de calcio: su eficacia de conversión es mayor. El propósito de fabricar las pantallas de tierras raras es ofrecer varios niveles de velocidad, si bien todas ellas son, como mínimo, dos veces más rápidas que su alternativa de wolframato de calcio. Esta mejora de la eficacia de conversión se consigue sin pérdida de resolución acompañante. Sin embargo, cuando se usan las pantallas de tierras raras más rápidas— los llamados «ruidos» cuánticos y radiográficos— pueden llegar a ser apreciables.

Tierras raras y energías limpias

En el mercado de consumo no existe una clasificación uniforme para las aplicaciones de tierras raras y se suelen agrupar siguiendo nueve sectores: baterías, aditivo para vidrios, catalizadores (refinado del petróleo, vehículos), cerámica, imanes, metalurgia (aleaciones), pigmentos y luminiscentes (láser, iluminación, pantallas LCD), pulido y otros. La mitad de la producción se consume para imanes y catálisis. En términos de valor económico, los imanes y luminiscentes generan las mayores ganancias. El consumo de elementos de las tierras raras está dominado por el neodimio (49 %) y praseodimio (20 %), que forman parte principal de los imanes, seguido por el lantano (6 %), cerio (4 %) y terbio (4 %); los demás están por debajo del 2 %.

Aplicaciones relacionadas con la energía

Se pueden agrupar según su conexión con ella siguiendo tres escalones: el primero corresponde directamente a la producción de energía; el segundo, a obtener una mayor eficiencia en el consumo de energía; y la tercera atendiendo a los medios que facilitan el manejo de la misma. Los tres se entremezclan en las emergentes tecnologías limpias, como turbinas eólicas, vehículos eléctricos, baterías recargables e iluminación de bajo consumo. Los elementos de las tierras raras clave para las tecnologías limpias son lantano, cerio, neodimio, europio, terbio disprosio e itrio y la mayoría de las aplicaciones requieren solo uno o dos de ellos.

Clasificación	Aplicacíon	Utilidad
Producción de energía	Generador eólico	Produce energía que luego es transmitida a la red eléctrica. Contiene un imán constituido por aleación de neodimio (30%), disprosio, terbio, hierro y boro.
Producción de energía	Fuente de alimentación en pilas atómicas.	El prometio forma parte de un pequeño grupo de isótopos radiactivos empleados en baterías betavoltaicas que son capaces de generar voltajes de corriente muy bajos que se usan en vehículos espaciales. En el caso del prometio-147, la pila dura unos cinco años y podría estarse aplicando militarmente en los sistemas guía de misiles para evitar una intromisión en sus sistemas informáticos.
Eficiencia en el consumo de energía	Tubos fluorescentes, bombillas fluorescentes, luces led.	Iluminación y menor gasto de energía por el uso. La iluminación por incandescencia de Auer tiene su versión actual en lámparas fluorescentes de mercurio. Este metal actúa como fuente de energía, y el recubrimiento del vidrio interior con poco menos de un gramo de elementos de las tierras raras, basta para producir una luz semejante a la diurna.Actualmente los ledes están sustituyendo a los fluorescentes, ya que proporcionan ahorro de energía, mantenimiento, control y ofrecen variedad de colores.
	Motores eléctricos	El motor eléctrico precisa neodimio y disprosio en sus imanes. Las cantidades de tierras raras utilizadas no llegan a medio kilogramo, aunque un coche híbrido puede contener hasta once kilogramos en otros equipamientos. El alto rendimiento y su reducido tamaño le hace apropiado para coches híbridos y eléctricos, patinetes, bicicletas e incluso drones.
	Baterías electroquímicas para dispositivos portátiles y almacenamiento de hidrógeno.	Almacenamiento de la energía. El cátodo de las baterías recargables de níquel e hidruro de metal (Ni-MH) está elaborado con una aleación de elementos de tierras raras que contiene proporciones variables de cerio (45-50 %), lantano (25 %), neodimio (15-20 %) y praseodimio (5 %). Estas reemplazan las de níquel-cadmio, pues aportan el doble de energía, no son contaminantes y se pueden recuperar los metales para fabricar nuevas baterías.
Medios que facilitan el manejo de energía	Sistemas de comunicación, equipos informáticos, controles de seguridad, catalizadores, etc.	Son aplicaciones de apoyo a los sistemas que controlan las fuentes y distribución de la energía. Sirven para gestión, control y comunicación.Los depósitos de hidruros de tierras raras forman redes cristalinas con intersticios en los que pueden quedar adsorbidas moléculas de hidrógeno gas; después lo liberan mediante una ligera calefacción y condiciones catalíticas apropiadas, haciendo posible su utilización como combustible.Por otro lado, en el aspecto de control de la energía de origen nuclear participan varios isótopos de las tierras raras: samario, gadolinio, disprosio, holmio y erbio.Hay que incluir al lantano y cerio al ser un apoyo de las tecnologías limpias como convertidores catalíticos en los automóviles. Su acción es disminuir la contaminación producida por los gases de post-combustión emitidos por los tubos de escape de los vehículos.Incluso puede suministrarse el óxido de cerio como catalizador líquido en el combustible. Este aditivo, de reconocida eficacia, acompaña a los gases del escape y reduce la temperatura de combustión del hollín, lo que ayuda a limpiar el turbo y los filtros de partículas.

Nombre

Se denominaron inicialmente tierras porque no podían separarse de sus óxidos usando las capacidades tecnológicas del siglo XVIII, solo se podía interpretar que esas «tierras» eran óxidos de metales desconocidos, que se aceptaba su identificación sin llegar a separarlos de sus óxidos. Las tierras raras no solo no son tierras, sino que tampoco son raras. En la corteza terrestre son más abundantes que el mercurio, el oro o la plata.El prometio es el único elemento de las tierras raras que merece la calificación de raro. En toda la corteza terrestre es tan escaso que no llega a sumar un kilogramo; es radiactivo y se desintegra completamente en unos pocos años. Es necesario para unas pocas aplicaciones; se obtiene artificialmente en reactores nucleares, ya que es uno de los elementos resultantes de la fisión del uranio