Lantanidi

Un secolo di separazioni

La storia dei lantanidi comincia nel 1787 con una roccia nera proveniente da una cava di Ytterby, vicino a Stoccolma. Nel 1794 Johan Gadolin vi trovò una nuova terra, e nei 120 anni successivi i chimici scoprirono che questa terra, e un’altra chiamata ceria, erano miscele di più di una dozzina di elementi quasi identici.

Separarli significava sciogliere e ricristallizzare lo stesso materiale centinaia o migliaia di volte, arricchendo a ogni passaggio un elemento di pochissimo. Molte presunte scoperte si rivelarono miscele. Solo dopo gli studi di Henry Moseley sui raggi X, nel 1913, i chimici poterono dire con esattezza quanti lantanidi dovessero esistere.

Perché si somigliano tanto

Passando dal lantanio al lutezio, ogni nuovo elettrone entra nel sottolivello 4f, sepolto in profondità nell’atomo sotto gli elettroni esterni. Gli elettroni esterni, che governano il comportamento chimico, cambiano appena, perciò i lantanidi si comportano in modo quasi identico e quasi tutti formano ioni 3+.

Gli elettroni 4f, però, non sono del tutto invisibili. Conferiscono a molti ioni dei lantanidi colori netti e un forte magnetismo, e rendono gli atomi leggermente più piccoli lungo la serie, un effetto chiamato contrazione lantanidea che influenza anche la chimica degli elementi sottostanti.

Le terre rare nella tecnologia moderna

Nonostante il nome, la maggior parte delle terre rare non è rara: il cerio è comune all’incirca quanto il rame. Sono «rare» nel senso che sono disperse e difficili da concentrare e purificare. Oggi sono vitali per la tecnologia moderna.

• Neodimio, insieme al disprosio: i magneti permanenti più potenti, nei motori delle auto elettriche, nelle turbine eoliche e nelle cuffie
• Europio e terbio: fosfori rossi e verdi di schermi e lampade a risparmio energetico
• Erbio: amplificatori nei cavi in fibra ottica che trasportano internet
• Cerio: lucidatura del vetro e marmitte catalitiche
• Gadolinio: mezzi di contrasto per la risonanza magnetica

Estrazione e approvvigionamento

La maggior parte delle terre rare del mondo viene estratta e lavorata in Cina, il che le rende una questione strategica per molti paesi. La loro estrazione può lasciare residui radioattivi di torio e uranio, e si stanno sviluppando nuove fonti e metodi di riciclo per ridurre sia i rischi ambientali sia quelli legati all’approvvigionamento.