Elementos de tierras raras: metales, definición, propiedades, usos

¿Qué son los elementos de tierras raras?

Extraños elementos de la Tierra o lantánidos o metales de transicion interna son los elementos químicos desde el cerio (Ce) hasta el lutecio (Lu) o los elementos del bloque f de la tabla periódica. El lantano es parte de los elementos del bloque d según su configuración electrónica externa (5d¹ 6s²).

Las propiedades físicas y químicas y el número o estado de oxidación común son similares a los de la serie de los lantánidos. Es por eso que el lantano es parte de la serie de los lantánidos. Los diecisiete elementos (quince lantánidos y dos elementos como el escandio y el itrio) juntos se denominan elementos de tierras raras.

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Elementos lantánidos

Todos los elementos desde el lantano hasta el lutecio son miembros de la serie de los lantánidos. Pero los diecisiete elementos desde el lantano hasta el lutecio, el escandio y el itrio son miembros de la familia de las tierras raras.

¿Por qué los lantánidos se llaman metales de tierras raras?

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El nombre de lantánidos se les da a los elementos de tierras raras porque se extraen de óxidos cuyo antiguo nombre es tierra. Los óxidos elementales de estos metales se consideran raros. Ahora se evita el término elementos de tierras raras porque muchos de estos elementos ya no son raros sino abundantes.

Configuración electrónica de tierras raras

La configuración electrónica general de los lantánidos es 4f^{0,2 a 14} 5d^0.1 6s². Los elementos escandio e itrio se consideran elementos del bloque d. Pero debido a sus propiedades químicas y apariencia, estos dos elementos también son miembros de la familia de las tierras raras.

Propiedades de los lantánidos

• Todas las tierras raras son de color blanco plateado, suaves y maleables con alta conductividad eléctrica. El europio y el iterbio tienen un color amarillo claro.
• Son altamente electropositivos y reactivos y los elementos más pesados ​​son similares al calcio y al aluminio.
• Los metales compactos son bastante estables al aire seco a temperaturas normales. Rápidamente se vuelven opacos en un ambiente húmedo.
• Todos los elementos de tierras raras se queman en el aire para formar óxidos y nitruros con oxígeno y nitrógeno.

Estado de oxidación de elementos de tierras raras

El estado de oxidación común y estable de los metales de tierras raras es +3(III). Es posible correlacionar la estabilidad de los lantánidos en diferentes estados de oxidación con la configuración electrónica de sus iones.

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Según la regla general, los orbitales 4f llenos a la mitad y completamente llenos son muy estables. Por lo tanto, ce⁺⁴La⁺³ (4f⁰), tuberculosis⁺⁴UE⁺²Di-s⁺² (4f⁷) y Yb⁺²Lu⁺³ (4f¹⁴) los iones son estables. La carga de los iones respectivos es igual al estado o número de oxidación.

Propiedades magnéticas de elementos de tierras raras

La propiedad paramagnética de un ion o un átomo define la presencia de un electrón desapareado en él. Dado que tanto los iones de tierras raras como La⁺³ (4f⁰ 5d⁰ 6s⁰) y lu⁺³ (4f¹⁴ 5d⁰ 6s⁰) no tienen electrones desapareados. Por lo tanto, estos dos iones de tierras raras tienen propiedades diamagnéticas. Otros iones elementos de tierras raras como Ln⁺³ (Ln = lantánidos) exhiben propiedades paramagnéticas.

¿Qué es la contracción de los lantánidos?

Con la excepción del escandio y el itrio, los radios atómicos e iónicos de las tierras raras disminuyen constantemente junto con la serie de los lantánidos. Esto se conoce comúnmente como construcción de lantánidos. Un electrón mal protegido de orbitales 4f hace que el cambio nuclear efectivo aumente constantemente junto con la matriz. Debido a este hecho, los radios atómicos e iónicos de los lantánidos disminuyen a lo largo de la serie.

¿Dónde se encuentran los metales de tierras raras?

Se sabe que más de 200 minerales contienen elementos de tierras raras. Los dos minerales de tierras raras comercialmente más importantes son la monacita y la bastnaesita.

• La monacita es un fosfato mixto de lantano, cerio, torio y otros metales de tierras raras.
• Aunque la bastnaesita es un carbonato de fluoruro de lantánidos y otros metales de tierras raras, los elementos de tierras raras más pesados ​​son prácticamente inexistentes.
• Xenotime es también otro ortofosfato de tierras raras que contiene torio y un alto porcentaje de itrio.

La monacita es un mineral de tierras raras inerte químicamente libre. Se encuentra en meteorización de alta densidad en arenas de playa y lechos de ríos. El mineral de tierras raras monacita se encuentra principalmente en India, China, Sudáfrica, Australia y Malasia.

¿Por qué son importantes las tierras raras?

Todos los metales de tierras raras son elementos muy importantes, ya que se utilizan ampliamente en diversos procesos químicos e industrias químicas. Los lantánidos o metales de tierras raras se utilizan en reacciones metalotérmicas debido a su extraordinario carácter reductor. El proceso utilizado para producir niobio puro, circonio, hierro, cobalto, níquel, manganeso, tungsteno, uranio, boro y silicio.

¿Qué es mischmetal?

Las aleaciones de lantánidos se conocen como mischmetals. El elemento de tierras raras, cerio (45 a 50 por ciento), lantano (25 por ciento) y neodimio (5 por ciento) son los principales constituyentes de mischmetals.

Se utiliza para la producción de varias marcas o grados de acero con alta resistencia a la corrosión y procesabilidad. Es un excelente secuestrante para la adsorción de elementos como el oxígeno y el azufre. Las aleaciones de tierras raras se utilizan para fabricar imanes permanentes. El neodimio se utiliza principalmente en la fabricación de aleaciones magnéticas.

Uso de elementos de tierras raras.

Los usos de los compuestos de tierras raras se pueden clasificar en términos generales en dos tipos, usos no nucleares y usos nucleares.

Cerámica de óxidos de tierras raras

Para la decoloración de los vidrios utilizamos óxidos de tierras raras como cerio, lantano, neodimio y praseodimio. Estos elementos se utilizan para la producción de bloques de vidrio transparente protector. Los bloques se utilizan en tecnología nuclear para proteger contra la radiación radiactiva de las reacciones nucleares.

Los óxidos de elementos de tierras raras absorbieron los rayos ultravioleta de la luz solar. Por lo tanto, los vidrios que contienen óxido de lantano se utilizan para la producción de gafas de sol, vidrios para soplado de vidrio y soldadura.

Industria de pinturas y textiles

Los compuestos de tierras raras se utilizan para producir lacas, tintes y pinturas para porcelana. Las sales céricas se utilizan para teñir. En la industria textil, usábamos sales céricas para secar la ropa. El cloruro y el acetato de elementos de tierras raras se utilizan para fabricar telas impermeables y resistentes a los ácidos.

Aplicaciones catalíticas

Ciertos compuestos de lantánidos se utilizan como catalizadores químicos para la hidrogenación, deshidrogenación y oxidación de diversos compuestos orgánicos. El fosfato de cerio es un buen catalizador químico utilizado para la producción de petróleo.

Aplicaciones nucleares

Los elementos lantánidos y sus compuestos son materiales importantes en el proceso de generación de energía nuclear. Por ejemplo, los elementos de tierras raras como el gadolinio, el samario, el europio y el disprosio tienen grandes secciones transversales para las reacciones de captura de neutrones y se utilizan en las barras de control de las pilas atómicas. Los isótopos radiactivos de praseodimio se utilizan en pilas de combustible de óxido sólido.