El descubrimiento del lantano, una tierra rara

Transcripción

1 El descubrimiento del lantano, una tierra rara El descubrimiento de los elementos de las tierras raras requiere un capítulo aparte dentro de la historia de la Química. 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). Hay que notar que en esta clasificación no se considera la serie de los actínidos. Aunque el nombre de tierras raras podría llevar a la conclusión de que se trata de elementos escasos en la corteza terrestre, esto no es así. Elementos como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes que el plomo, y el tulio (el más escaso) es más abundante aún que el oro y el platino. El término raras surgió porque a principios del siglo XX, ante la dificultad de separar los elementos constituyentes de los minerales, raramente se utilizaban para algo. Forman la quinta parte de todos los elementos existentes en la naturaleza y su descubrimiento duró 113 años: desde 1794 hasta Estos elementos presentan una semejanza química sorprendente. Por eso se encuentran todos juntos en los minerales y en las menas y la separación de los distintos componentes resulta extraordinariamente difícil. Esta circunstancia explica la abundancia de descubrimientos falsos 1

2 (entre 1878 y 1910 sólo el 10% de los anunciados resultaron fidedignos) entre los elementos de las tierras raras: los "nuevos elementos" eran, en realidad, mezcla de los ya descubiertos. Entre los nombres de estos elementos se encuentra el trabalenguas de terbio, erbio, iterbio e itrio, ya que estos cuatro elementos se obtuvieron de minerales descubiertos en Ytterby, una pequeña localidad próxima a Estocolmo. Como minerales son una mezcla de óxidos e hidróxidos de los elementos del bloque "f" de la tabla periódica de los elementos. Las dimensiones de los radios iónicos de estos elementos son muy cercanas y sus propiedades químicas son igualmente afines, lo cual dificulta su separación. El principal estado de oxidación suele ser +3. La parte tierra en el nombre es una denominación antigua de los óxidos. Y hablemos ya del lantano que es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es La y su número atómico es 57. El lantano, segundo elemento más abundante del grupo de las tierras raras, es un metal bastante común y figura el 28º en orden de abundancia en la corteza terrestre. En estado natural, es una mezcla de los isótopos 138 La y 139 La. Se encuentra asociado con otras tierras raras en monacita, bastnasita y otros minerales. Es uno de los productos radiactivos de la fisión del uranio, el torio o el plutonio. Es el elemento más básico de las tierras raras e ingrediente importante en la manufactura del vidrio. Proporciona un alto índice de refracción al vidrio 2

3 y se utiliza en la fabricación de lentes de gran calidad. Es un metal sólido de color gris plateado, blando, buen conductor del calor y la electricidad. Valores de las Propiedades Masa Atómica 138,9055 uma Punto de Fusión 1194 K Punto de Ebullición 3730 K Densidad 6145 kg/m³ Potencial Normal de Reducción - 2,38 V La 3+ La Conductividad Térmica 13,40 J/m s ºC Conductividad Eléctrica 14,2 (mohm.cm) -1 Calor Específico 188,10 J/kg ºK Calor de Fusión 10,0 kj/mol Calor de Vaporización 402,0 kj/mol Calor de Atomización 423,0 kj/mol de átomos Estados de Oxidación +2, +3 1ª Energía de Ionización 538,1 kj/mol 2ª Energía de Ionización 1067 kj/mol 3ª Energía de Ionización 1850 kj/mol Afinidad Electrónica 48 kj/mol Radio Atómico 1,87 Å Radio Covalente 1,69 Å Radio Iónico La +3 = 1,06 Å Volumen Atómico 20,73 cm³/mol Polarizabilidad 31,1 ų Electronegatividad (Pauling) 1,1 Se oxida rápidamente en el aire, ardiendo sobre los 450ºC con una luz viva para formar óxido de lantano, La 2 O 3, y reacciona con los ácidos diluidos formando sales trivalentes incoloras. Es capaz de descomponer el agua liberando hidrógeno. Resumen de Reactividad Con aire: Vigorosa; con calor La 2O 3 Con H 2O: Suave; H 2 ; La(OH) 3 Con HCl 6M: Suave; H 2 ; LaCl 3 Con HNO 3 15M: Suave; La(NO 3) 3 3

4 Fue descubierto por el químico sueco Carl Gustaf Mosander en el año Debe su nombre al verbo griego lanthaneîn (λανθανεῖν) que significa "escondido", ya que el metal se encontraba "escondido" en un mineral de cerio. Mosander descubrió el elemento lantano en el nitrato de cerio impuro. Se extrajo de la tierra (óxido insoluble en agua) lantana (óxido de lantano), tratándola con un ácido fuerte. (Otros elementos lantánidos fueron descubiertos en impurezas de minerales de itrio y de cerio). El lantano, como las otras tierras raras, existe solo en minerales a causa de su reactividad química. Aleado con cerio, neodimio, praseodimio, gadolinio e iterbio forma la aleación llamada mischmetal, utilizada para fabricar piedras de encendedor. El óxido de lantano confiere al vidrio resistencia a las bases y se emplea para la fabricación de vidrios ópticos especiales. Además se usa para fabricar crisoles. Se están produciendo esponjas de hidrógeno con aleaciones que contienen lantano. Dichas aleaciones admiten hasta 400 veces su volumen de gas y el proceso es reversible. Cada vez que toman gas se libera energía calorífica, por lo que tienen la posibilidad de convertirse en sistemas de conservación de energía. Ello hace que el 4

5 lantano esté presente en todos los automóviles híbridos y/o eléctricos. Es utilizado como componente de las pantallas intensificadoras de las unidades de rayos X. Tierras raras, el oro negro del siglo XXI 17 elementos permiten la fabricación de ordenadores y coches. China los controla todos Cada milésima de segundo, alguien compra un ordenador en alguna parte del mundo. Tic. En otro país, algún usuario cambia de móvil, o estrena un ipad. Tac. Y cada segundo la dependencia con China, aumenta por estos medios. Por qué? El país asiático produce el 95% de los 17 materiales exactos con los que se fabrica todo móvil, ordenador y dispositivo electrónico que se usa en el planeta. Tic. El nombre de todos estos recursos es «tierras raras», pero al contrario de lo que 5

6 indica su nombre, en el mundo en el que vivimos nos los encontramos en todas partes. Tac. Y las consumimos cada segundo. Tic-tac. Cuando el creador de la tabla periódica, el químico ruso Dmitri Mendeleyev, los identificó a finales del siglo XIX no supo cuál era su utilidad. Ahora es bien distinto: estos 17 metales son básicos para las nuevas tecnologías y el desarrollo de las energías renovables. Desde pantallas LCD hasta discos duros, paneles fotovoltaicos, baterías recargables, teléfonos móviles e incluso componentes de coches se fabrican con estos elementos. En consecuencia su cotización se ha disparado en los últimos años. Porque frente a una demanda mundial de toneladas anuales, solo se extraen «Oriente Medio tiene petróleo. Nosotros tenemos tierras raras», afirmó en 1992 el presidente chino Deng Xiaoping, apuntando a que estos recursos serían el oro negro del siglo XXI. No se equivocó. Y es que, desde la década de los 70, China ha incrementado su control sobre estos 17 preciados materiales: a pesar de que el país asiático solo alberga el 43% de las reservas mundiales de dichos elementos, el país produce el 95% del total global a través de una política expansiva de compra de minas. No solo la rareza de estos recursos es la causa del desequilibrio entre oferta y demanda. Desde hace años, China está aprovechando su control casi monopolístico sobre el mercado para ejercer presiones políticas sobre otros países 6

7 mediante restricciones a la exportación de dichos recursos. Hace dos años, las disputas fronterizas con Japón llevaron a este último a arrestar al capitán de un barco chino. La respuesta de Pekín no se hizo esperar: el país suspendió todas las exportaciones de tierras raras a Tokio, uno de los países que más importan este tipo de materias debido a la importancia del sector tecnológico en su economía. Japón no tardó en liberar al capitán del barco. Este pulso se generaliza a otros países. China ha reducido un 40% la producción de este tipo de elementos en los últimos años, con tal de controlar el precio de estos recursos. Y ha introducido barreras a la exportación a otros países. Un estudio de la compañía minera Roskill calcula que si China continúa con esta política, recortará un 70% de la producción de tierras raras para Empresas tecnológicas norteamericanas y europeas han denunciado esta postura, ya que les supone una pérdida de competitividad frente a sus homólogas chinas, que no tienen límite alguno para obtener este tipo de recursos. Tanto el Departamento de Energía de EE.UU. como el Joint Research Centre de la Unión Europea han señalado en informes recientes la gran dependencia de ambos de las tierrras raras chinas. Sin embargo, la situación podría cambiar. Hace dos semanas, la Organización Mundial del Comercio (OMC) sancionó al país asiático por dichos recortes a la exportación, tras varias quejas desde Europa, EE.UU. y México. «Esta decisión garantiza que las principales industrias manufactureras de Estados Unidos podrán obtener 7

8 los materiales que necesitan para producir y competir en el mercado» aseguró el representante comercial estadounidense, Ron Kirk. El comisario de Comercio de la UE, Karel De Gucht, aseguró que el fallo representa un éxito para los esfuerzos destinados a garantizar el acceso a las «muy necesitadas» tierras raras para la industria europea. La realidad es otra. «No creo que nada vaya a cambiar a corto plazo: China tiene la sartén por el mango. Mientras China da la importancia que merece a las tierras raras, en los países desarrollados hace tiempo que abandonamos el control de las tierras raras hasta que nos hemos dado cuenta de que queremos emprender revoluciones tecnológicas y verdes y no contamos con los recursos para ello», asegura Mariano Marzo, catedrático de Recursos Energéticos de la Universidad de Barcelona. Y es que, hasta 1989, era EE.UU. el país que lideraba la producción de metales raros gracias a la mina californiana de Mountain Pass, explotación que abandonó en 2002 debido a la falta de competitividad frente a las producciones chinas. «EE.UU. y Europa han hecho toda la curva de aprendizaje tecnológico en electrónica en renovables. Y ahora, en época de crisis, China la va a aprovechar ya que cuenta con los recursos y la financiación para ello», denuncia Marzo. Solo la apertura de nuevas minas, la inversión en I+D para reducir la necesidad de estos materiales y la diversificación de suministros a través de la entrada de otros países puede aliviar la dependencia de China. Empresas y países ya han 8

9 iniciado el proceso. En EE.UU., la firma de materias primas Molycorp ya ha anunciado la reapertura de la explotación californiana de Mountain Pass mediante una inversión de 500 millones de dólares. No es la única empresa que se ha preparado contra los recortes a las exportaciones desde China. Ante la suspensión impuesta a Japón en su momento, Toyota ya ha desarrollado motores que reducen la dependencia de metales raros y el año pasado adquirió una mina en Vietnam de dichas materias para asegurarse el suministro. General Motors también está impulsando motores de turbinas cuyo funcionamiento no requieren «rareza» alguna. «En EE.UU. y en Japón ya se han dado cuenta de la importancia de estos elementos, pero no en Europa, donde quieren hacer una revolución verde. Será difícil hacer que las empresas continentales inviertan en I+D en un escenario de contracción económica», apunta Marzo. Desde Alemania ya han iniciado los contactos. El miércoles pasado, la canciller alemana Angela Merkel, y el presidente kazajo, Nursultán Nazarbáyev, firmaron en Berlín un acuerdo que permitirá a empresas germanas explotar yacimientos de tierras raras en Kazajistán. Debido a estos movimientos, en la última mitad de 2011, los precios de estos metales raros comenzaron a bajar por primera vez en años. Sin embargo, será difícil recuperar el camino perdido. Una cosa está clara: en términos de recursos, el siglo XXI señala a China como la gran ganadora en todos los campos. La dependencia persiste. Y el reloj sigue corriendo. 9

10 Los 17 elementos y sus aplicaciones 1. Cerio: utilizado para motores diésel y el colorante del cristal. 2. Disprosio: se usa en los coches híbridos. También se usa para lámparas láser. 3. Erbio: componente de la fibra óptica. También se utiliza como filtro de revelado fotográfico. 4. Europio: usado en pantallas planas y máquinas de rayos láser. 5. Escandio: para luces de alta intensidad 6. Gadolinio: incluido en discos compactos y reactores nucleares. 7. Holmio: imanes de gran potencia y procesos nucleares. 8. Iterbio: para máquinas de rayos X 9. Itrio: componente de las unidades de rayos X. 10. Lantano: para baterías de los coches híbridos y cristales reflectantes. 11. Lutecio: paraproceso de refinado del petróleo. 12. Neodimio: componente de los discos duros de los ordenadores. 13. Praseodimio: usado para motores de aviones. 14 y 15. Prometio y Samario: Se usa en baterías y reactores nucleares respectivamente. 16. Terbio: en bombillas de bajo consumo o lámparas fluorescentes. 17. Tulio: para aparatos de rayos láser o de rayos X. 10