Terre rare: classificazione, elementi
Le terre rare è un gruppo di 17 elementi costituiti dai lantanidi oltre all’ittrio e allo scandio.
Nonostante il nome questi elementi non sono rari e i loro composti sono relativamente abbondanti sulla crosta terrestre e sono più comuni rispetto all’argento, all’oro o al platino mentre il cerio, l’ittrio, il neodimio e il tantalio sono più comuni rispetto al piombo. Il lutezio e ancora più il tulio sono gli elementi meno abbondanti sulla crosta terrestre e sono i più rari di tutti.
Classificazione
Le terre rare sono classificate in:
- terre rare leggere dette LREEs (Light Rare Earth Elements) ovvero lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, samario ed europio
- terre rare pesanti HREEs (Hight Rare Earth Elements).
Sebbene l’ittrio sia il più leggero tra i metalli delle terre rare esso è classificato come HREEs. Esso infatti presenta caratteristiche comuni con i metalli appartenenti a questa categoria.
Nonostante la loro abbondanza relativamente elevata le terre rare sono difficilmente isolabili presentando un comportamento chimico e fisico simile tra loro.
Solo tecniche piuttosto recenti risalenti agli anni cinquanta dello scorso secolo quali scambio ionico, cristallizzazione frazionata e estrazione liquido-liquido hanno reso possibile l’estrazione dei singoli metalli.
Le terre rare non si rinvengono allo stato naturale. Tutti i minerali che li contengono sono costituiti da più elementi appartenenti a questa categoria unitamente ad altri metalli e non metalli.
Circa il 95% delle terre rare sono contenute nei minerali bastnasite e monazite. Essi sono presenti prevalentemente in Cina, nazione che detiene il 50% della produzione mondiale di terre rare.
I metalli delle terre rare detti dai giapponesi i semi della tecnologia costituiscono gli elementi essenziali per i prodotti high tech. Essi infatti sono usati nei superconduttori, magneti, come componenti di veicoli ibridi, nei laser e fibre ottiche e quali catalizzatori.
Elementi
Pur mostrando caratteristiche simili i vari metalli trovano utilizzi specifici e spesso diversi tra loro.
Lo scandio è usato con l’alluminio per produrre leghe che mostrano resistenza e duttilità usate per attrezzature sportive. Lo ioduro di scandio viene addizionato alle lampade a vapori di mercurio per ottenere una luce simile a quella solare.
L’ittrio è usato principalmente sotto forma di ossido. L’ossido di ittrio è il composto più importante per ottenere i fosfori usato per generare il colore rosso nei tubi catodici.
Il lantanio è utilizzato nelle lenti di fotocamere e telescopi e nelle illuminazioni a carboni, soprattutto nell’industria cinematografica per l’illuminazione di teatri di posa e proiezione di pellicole.
Il cerio è utilizzato nei convertitori catalitici delle automobili consentendo il funzionamento ad elevate temperature e giocando un ruolo cruciale nelle reazioni chimiche che avvengono nel convertitore. Il cerio unitamente al lantanio sono utilizzati nel processo di raffinazione del petrolio grezzo.
Il praseodimio è utilizzato quale legante del magnesio in leghe usate in campo aeronautici ed è un componente di un vetro speciale usato nelle visiere degli occhiali per saldatori.
Il neodimio è usato per la fabbricazione di magneti potenti consentendo loro di essere più piccoli e maggiormente efficienti. Magneti contenenti neodimio sono utilizzati per la produzione di turbine eoliche e auto ibride.
Il promezio è usato in batterie nucleari in cui fotocellule convertono la luce in corrente elettrica e come fonte luminosa per segnali ad alta affidabilità
Il samario è usato per leghe speciali, per assorbire i neutroni in reattori nucleari e insieme al cobalto per produrre magneti permanenti ad elevata resistenza alla smagnetizzazione.
L’europio è usato quale dopante di alcuni materiali vetrosi per la realizzazione di laser e combinato con altri elementi come gallio, stronzio, zolfo, alluminio e bario, per ottenere inchiostri anti-contraffazione.
Il gadolinio viene usato per la produzione di CD e di dispositivi per memoria di computer ed inoltre suoi composti vengono utilizzati quali mezzo di contrasto nella diagnostica per immagini.
Il terbio è usato per dopare materiali usati nei transistor ed altri componenti elettronici come il fluoruro di calcio, in leghe metalliche e, sotto forma di ossido per la preparazione di fosfori verdi nelle lampade a fluorescenza e degli schermi televisivi.
Il disprosio impiegato nei magneti a base di neodimio, anche chiamati supermagneti e nelle barre di controllo dei reattori nucleari e nella produzione di CD.
L’olmio trova impiego per produrre i più intensi campi magnetici artificiali, barre di controllo per reattori nucleari e nei materiali usati per la realizzazione di laser a microonde. Sotto forma di ossido è usato per ottenere vetri usati come standard di calibrazione della lunghezza d’onda per gli spettrofotometri ottici.
L’erbio è usato per amplificare i segnali trasmessi da fibre ottiche, nella tecnologia nucleare come assorbitore di neutroni e, aggiunto al vanadio, l’erbio ne abbassa la durezza e ne migliora la lavorabilità. Sotto forma di ossido è utilizzato come colorante rosa per vetri e porcellane.
Il tulio è molto costoso e questo ne limita le applicazioni. Tra i pochi usi c’è quello della realizzazione di laser che hanno la caratteristica di funzionare bene anche ad alte temperature.
L’itterbio è usato come additivo all’acciaio inossidabile per migliorarne la grana, la forza ed altre proprietà reologiche. Inoltre costituisce una spia per monitorare deformazione del suolo causate da terremoti o esplosioni.
Il lutezio trova principalmente impiego in catalizzatori per il cracking del petrolio e per reazioni di alchilazione, idrogenazione e polimerizzazione.
