Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

agosto 29, 2014

La familia de los elementos desusados

De los 92 elementos naturales que existen, algunos nos resultan tremendamente familiares, como el hierro, el carbono o el hidrógeno. Pero hay una familia casi desconocida que vive con nosotros sin que sepamos apenas su nombre.

Los colores fluorescentes bajo luz ultravioleta de los billetes
de la moneda europea se deben a la presencia de los
lantanoides europio e itrio. (Imagen D.P. Banco
Europeo vía Wikimedia Commons)
Si queremos pensar en un elemento que sea líquido a temperatura ambiente, prácticamente todos nosotros vamos a pensar en el mercurio.

Pero hay otro elemento líquido a temperatura ambiente, el bromo, y cuatro metales que, si la temperatura ambiente es superior a los 25 ºC, también son líquidos: el galio, el cesio, el francio y el rubidio. Y todos ellos, salvo el francio, que tiene pocas aplicaciones prácticas, son esenciales para el mundo tecnológico e industrial.

Más allá hay otro grupo de elementos aún más desconocidos. Si vemos una tabla periódica de los elementos, que los ordena según su número atómico (el número de protones que tiene en su núcleo) y según sus propiedades químicas, uno de los aspectos más peculiares es que muestra, debajo del cuerpo de la tabla, dos filas desprendidas, como si se hubieran caído de la tabla.

La primera incluye a los elementos que tienen los números atómicos del 57 al 70 y se les conoce colectivamente, en ocasiones junto con los de los números 21, 39 y 71, como “lantánidos”, antiguamente “tierras raras” aunque los organismos internacionales recomiendan lantanoides. La segunda fila, también de 14 elementos, está formada por los que tienen los números atómicos del 89 al 102, son todos radiactivos y se les conoce como “actínidos”. A partir del elemento número 93, son todos artificiales, es decir, no existen en la naturaleza, sino que han sido creados por el ser humano. Hasta hoy, el ser humano ha creado hasta el elemento número 118.

¿Lantanoides?

¿Por qué están separados los lantánidos de los demás elementos? Desde el punto de vista químico son elementos que comparten ciertas características. Son metales de aspecto plateado que se oxidan al verse expuestos al aire y son relativamente suaves, con los de mayor peso atómico un poco más duros. requieren de altas temperaturas para fundirse y para entrar en ebullición y son altamente reactivos, sobre todo con elementos no metálicos, lo que quiere decir que requieren poca o ninguna energía para formar compuestos. Se disuelven rápidamente al contacto con ácidos y se queman fácilmente a temperaturas de entre 150 y 200 ºC, además de otras propiedades químicas comunes. Varios de ellos son potentemente fluorescentes, es decir, al recibir energía emiten luz en un color determinado.

Hasta fines del siglo XVIII, los seres humanos no tenían noticia de la existencia de esta serie de elementos. Fue en 1787 cuando el oficial del ejército sueco Carl Axel Arrhenius descubrió un peculiar mineral en una cantera cercana al pueblo de Ytterby, cerca de Estocolmo. A partir de ese mineral, en 1794, el químico finlandés Johan Gadolin describió el itrio. Durante algo más de un siglo se irían identificando los demás miembros de esta familia presentes en la naturaleza, siendo el último el lutecio en 1907. Aislarlos y describirlos fue difícil precisamente por la similitud química que los caracteriza... a lo largo de los años, ocurrió varias veces que un investigador creyera que había encontrado un nuevo elemento cuando estaba ante una combinación de dos o tres lantanoides.

Estos elementos fueron llamados “tierras raras” porque es muy difícil encontrarlos en forma pura, pero los minerales que los contienen están presentes por todo el planeta. Y ciertamente no son “tierras”, una denominación antigua para cualquier cosa que se pueda disolver en ácido.

Podemos encontrar a estos elementos en lámparas y láseres, magnetos, proyectores de cine y pantallas intensificadoras de rayos X (que permiten hacer radiografías con menos exposición a la radiación que en el pasado), en aleaciones de acero y en muchas otras aplicaciones que están, con frecuencia, en nuestras propias casas.

Como ejemplo, las propiedades de fluorescencia de algunos lantanoides se han utilizado para efectos de seguridad. Ponga usted un billete de 50 euros bajo luz ultravioleta, como el de un detector de billetes falsos, y verá aparecer líneas azules y verdes, y las estrellas europeas en verde y anaranjado... estas últimas contienen europio. Si su billete no tiene estas marcas fluorescentes, es falso.

La fluorescencia verde del terbio está en la pantalla de su ordenador o televisor, es el elemento responsable de los puntos verdes, mientras que el rojo es resultado de la combinación de europio e itrio (los colores de las pantallas se obtienen dándole distintas luminosidades a grupos de tres puntos: rojo, azul y verde; el blanco son los tres funcionando a plena luminosidad).

El erbio, por su parte, emite luz con una potencia por debajo de la que es visible para nosotros, en el infrarrojo, pero puede enviar señales reconocibles a largas distancias, de modo que los tendidos de fibra óptica en todo el mundo utilizan amplificadores de señal de erbio situados cada tantos kilómetros para asegurar una transmisión sin errores.

Y, si uno está consciente de la necesidad de reducir la contaminación que arrojamos al medio, los lantanoides son fundamentales, ya que sin ellos no existirían los convertidores catalíticos que limpian el escape de nuestros vehículos de motor.

Descubrimientos relativamente recientes sobre las propiedades de los lantanoides han dado como resultado, desde 1982, el desarrollo de imanes potentísimos hechos con los elementos escandio y, sobre todo, en compuestos neodimio que forman los imanes más potentes y, por tanto, han permitido que se produzcan motores eléctricos potentes en tamaños reducidos (como los de las herramientas eléctricas de mano o los de las unidades de disco duro de almacenamiento informático) o generadores mucho más eficientes como los de las turbinas eólicas que están colaborando al establecimiento de una base creciente de fuentes de energía renovables y más limpias.

Ni tierras, ni raras, pero los lantanoides siguen siendo unos desconocidos de nombres aparentemente caprichosos aunque sin ellos probablemente usted no podría haber leído estas páginas.

La guerra de las tierras raras

China tiene algunos de los más importantes depósitos de tierras raras en Mongolia Interior, y los explota muchas veces sin las medidas adecuadas de seguridad, ya que los minerales lantanoides suelen estar acompañados de otros elementos radiactivos y purificarlos puede también ser un proceso altamente contaminante. China ha amenazado con cortar el suministro de tierras raras como forma de obligar a las empresas tecnológicas a mudarse a su país, con sus empleos. Sin embargo, recientes descubrimientos de lodos ricos en tierras raras en Japón podrían alterar la economía de estos elementos.