El descubrimiento del lantano

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 1907. 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
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(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
denominación antigua de los óxidos.
es
una
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 138La
y 139La. 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
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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 La3+ | 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, La2O3 , 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
Con H2O:
Suave;
H2 ; La(OH)3
Con HCl 6M:
Suave;
H2 ; LaCl3
Con HNO3 15M: Suave;
3
La(NO3)3
La2O3
Fue descubierto por el químico sueco Carl
Gustaf Mosander en el año 1839. 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
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lantano esté presente en
híbridos y/o eléctricos.
todos
los
automóviles
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
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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 134.000
toneladas anuales, solo se extraen 124.000.
«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
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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 2015. 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
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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
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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.
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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.
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