Le terre rare: quindici metalli quasi identici che fanno funzionare silenziosamente la tecnologia moderna
Dal lantanio al lutezio: quindici metalli teneri e argentati, così simili dal punto di vista chimico che separarli mise in difficoltà i chimici per oltre un secolo. In realtà non sono rari. Si trovano nel telefono, nelle cuffie, nelle turbine eoliche e nelle apparecchiature per la risonanza magnetica.
Evidenziato nella tavola periodica
Ogni membro
Che cosa li definisce
Gli orbitali 4f che si stanno riempiendo si trovano *sotto* gli elettroni più esterni, schermati dal mondo esterno. La chimica quasi non si accorge di quale orbitale 4f sia occupato, ed è per questo che tutti e quindici si comportano in modo quasi identico — e che separarli è così difficile.
Lungo la serie, gli atomi si restringono costantemente man mano che vengono aggiunti protoni e gli elettroni 4f diffusi schermano poco. L'effetto cumulativo è abbastanza grande da arrivare al periodo successivo: l'afnio finisce per avere le stesse dimensioni dello zirconio sopra di esso, motivo per cui i due sono quasi impossibili da distinguere chimicamente.
Quasi tutti formano ioni +3. Il cerio può anche raggiungere +4 e l'europio +2, e sono proprio queste due eccezioni ad aver permesso ai chimici di imparare a separarli dagli altri.
Tendenze periodiche
Il raggio ionico diminuisce gradualmente dal lantanio al lutezio. I momenti magnetici raggiungono il massimo al centro della serie, dove sono disponibili più elettroni f spaiati: per questo neodimio e disprosio dominano la tecnologia dei magneti permanenti.
Nel mondo
I magneti permanenti più potenti mai realizzati. I magneti al Nd-Fe-B fanno funzionare cuffie, dischi rigidi, motori elettrici e turbine eoliche.
Aggiunti ai magneti al neodimio per mantenerli operativi alle temperature del vano motore. Per questo sono materiali oggetto di contesa strategica.
Fosfori rossi e blu negli schermi e nell'illuminazione fluorescente; l'europio è anche il bagliore anticontraffazione delle banconote in euro.
Il mezzo di contrasto che rende visibili i tessuti molli nella risonanza magnetica e la più alta sezione d'urto di cattura dei neutroni tra tutti i nuclidi stabili.
Marmitte catalitiche, lucidatura del vetro e la pietrina di ogni accendino usa e getta.
Drogato nella fibra ottica, amplifica direttamente la luce — ed è questo che rende pratici i cavi internet intercontinentali.
Manipolazione
Tossicità da bassa a moderata come metalli e sali semplici, sebbene le polveri fini siano piroforiche e brucino facilmente. Il vero problema è l'estrazione: i minerali delle terre rare contengono torio e uranio, quindi la lavorazione genera residui radioattivi e la chimica della separazione consuma grandi volumi di acido. Il promezio è radioattivo e non possiede isotopi stabili.
Informazioni utili
Domande frequenti
Perché, quando furono scoperti, erano davvero difficili da ottenere: non si trovano mai concentrati in un singolo minerale, sono presenti in miscela tra loro e separarli era quasi impossibile. "Terra" era il termine antico per indicare un ossido. Il nome testimonia la difficoltà del diciottesimo secolo, non la scarsità geologica.
La loro chimica è quasi identica perché gli elettroni 4f che vengono aggiunti sono sepolti sotto i gusci esterni e partecipano pochissimo ai legami. Ognuno di essi forma uno ione +3 di dimensioni molto simili. La separazione moderna si basa su centinaia di stadi successivi di estrazione con solvente che sfruttano minuscole differenze nel raggio ionico: la contrazione dei lantanoidi è l'unico strumento disponibile.
Il neodimio, in termini di peso economico. I magneti Nd-Fe-B sono presenti in ogni motore di veicolo elettrico, generatore di turbina eolica, disco rigido e paio di cuffie. Il disprosio è subito dopo, perché mantiene operativi quei magneti quando si riscaldano, e l'approvvigionamento è concentrato in pochissimi luoghi.
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