El año del Terbio (65)

NOTA DEL AUTOR:

Como todos los años se acerca la fecha de mi cumpleaños. Hace algún tiempo me propuse escribir un artículo en el blog sobre el elemento cuyo número coincidiera con mi nueva edad. Pese a mis intenciones la tabla periódica de mi vida está llena de vacíos. Existe un hueco escandaloso desde mi nacimiento hasta que realicé este propósito. Después aparecen ausencias intermitentes donde bien la vagancia, o bien las obligaciones, me impidieron rellenarlo.

Así me encuentro ahora, haciendo un largo recorrido por las tierras raras. Me resulta difícil escribir sobre estos elementos cuyas propiedades nos sorprenden, pero de los que desconocemos tanto. Son "raros" como yo, pero no escasos. Están dispersos hasta hacerlos imperceptibles; pero existen en apreciables cantidades. Son aparentemente anodinos, pero su importancia apenas ha comenzado a desvelarse. Se han hecho imprescindibles en la vida de cada uno de nosotros y los llevamos en el bolsillo, ayudan en nuestras consultas médicas, escuchamos y conservamos nuestra música favorita gracias a ellos, los vemos en la TV a diario... incluso "pagamos" con ellos.

Pronto cumpliré 65 años, la edad en que la mayoría de los trabajadores se jubila actualmente. El Terbio, con número atómico 65, será mi nuevo tótem adoptado desde la tabla periódica de los elementos. He investigado un poco y resumo aquí las fascinantes propiedades de este elemento. Espero que este año que llega bajo su signo sea igual de fascinante.

Los fascinantes lantánidos

Los lantánidos, junto con los actínidos son los grandes olvidados, los rezagados, los excluídos. Que sean raros no significa que sean escasos; algunos como el cerio son incluso más abundantes que el cobre en nuestro planeta. Se les acusa de "rareza" porque no aparecen en estado puro en la naturaleza cuando, en realidad, ningún metal (con excepción del oro y la plata) se encuentra aislado de los demás. ¿Qué tienen de raros entonces? Raras son sus historias de vida, como las de cualquiera.

El extraño Terbio  

El terbio es un lantánido. Pertenecen a este grupo los 14 elementos de la tabla periódica (entre el 57, el lantano y el 71, el Lutecio). La palabra "lantano" viene del latín científico lanthanum, tomado del griego λανθάνειν (lanthanein = estar escondido). El químico sueco Carl Gustaf Mosander lo llamó así al descubrirlo oculto en un mineral llamado cerita. Otra razón es que forman parte de las "Tierras Raras", es decir, elementos que son difícil de encontrar en forma pura. Inicialmente Carl Gustaf lo detectó como impureza en óxido de itrio. Su nombre se debe a la localidad sueca Ytterby donde era extraído. No fue aislado en estado puro hasta 1905 cuando se hicieron habituales las nuevas técnicas de intercambio de iones. Su aislamiento fue hecho por primera vez por Georges Urbain.

No encontraremos terbio en estado libre en la naturaleza pero está presente en minerales como la cerita, la gadolinita la monazita, la xenoditima y la euxenita (a veces en proporciones menores al 1%).

El terbio es de color blanco-plateado, razonablemente estable al aire (rápidamente se protege con una capa de óxido exterior). Es dúctil y maleable y lo suficientemente blando como para poder ser cortado por un cuchillo. Existen dos variedades alotrópicas, con una temperatura de transformación de 1289 °C.

El terbio metálico en polvo al fuego es explosivo como casi todos los polvos metálicos.

Los principales yacimientos comerciales de Terbio se encuentran en el sur de China en las arcillas de absorción de iones que se encuentran en la región sur, así como en los Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia; aunque a mediados de 2011 se informó de grandes yacimientos de este mineral en el fondo marino, cerca de Hawái.

Hay reservas de terbio en la región de China de unos 10 millones de toneladas anuales. La producción de metal de terbio requiere que el fluoruro de terbio se caliente con calcio (Ca) metal en un crisol de tantalio (Ta) al vacío. El precio a la venta on line (Óxido de Terbio de gran pureza (al 99,9 %) es de unos 400$ el kilo.

Usos increíbles

El Terbio tiene usos curiosos, aunque siempre incluído en compuestos con otros elementos a los que dota de características muy peculiares.

Combinado con los halógenos (haluros) y disuelto en ácidos diluidos que lo oxidan a Tb3+, genera sales de fuerte luminiscencia de color verde al ser excitado por luz UV. Esto supone aplicaciones prácticas muy útiles (aunque caras) como agente dopante para fabricar materiales lumínicos en pantallas de TV, móviles o fibras ópticas (logra un color verde de alta definición). El terbio se utiliza en fósforos de color en aplicaciones de iluminación como la iluminación tricromática y en tubos de TV en color. También hace que el color verde en los Blackberry’s u otra pantalla de alta definición. Por ejemplo, el cristal de los ‘smartphone’ tiene en su reverso miles de píxeles que producen luz de diferentes colores, cada una mediada por un conjunto de elementos químicos que incluyen alguna de las denominadas tierras raras. “La mezcla que da lugar al color verde está dominada por el terbio y la del rojo, por el europio”. Por otro lado el catión terbio(III) es brillantemente fluorescente, en un brillante color amarillo limón. 

Junto al borato de sodio, se hace ideal par fabricar luz láser de buena calidad y alcance específico  (longitud de onda de 546 nm.) Otra aplicación curiosa es su uso en las bandas antifalsificación que incluyen los billetes. Los billetes en euros usan química de tierras raras para evitar falsificaciones. El brillo de la luz ultravioleta en un euro produce fluorescencia verde del terbio Tb3+, rojo del europio Eu3+ y azul del tulio Tm3+.

Las aleaciones de terbio hierro cobalto o terbio gadolinio hierro cobalto se usan para realizar películas metálicas para el registro magnetoóptico de datos (discos magnetoópticos regrabables).

Otra aplicación interesante deriva de sus propiedades magnéticas: sus aleaciones con neobidio y disprosio aumentan la coercitividad (aumenta la resistencia a la desmagnetización) en los imanes a altas temperaturas por lo que son implementados en los motores eléctricos. Los motores de automóviles híbridos son eléctricos y estos están basados en imanes que necesitan retener su magnetismo a altas temperaturas. La aleación de neodimio con terbio y disprosio produce tales imanes. Estos imanes también se utilizan en los motores eléctricos de las turbinas eólicas, donde también se generan altas temperaturas.
El terfenol-D (una aleación de terbio, hierro y disprosio) que se expande o contrae en presencia de un campo magnético (magnetostricción)  se utiliza en un altavoz llamado ‘SoundBug’, que convierte cualquier superficie plana en un altavoz. El ‘SoundBug’ vibra cualquier material sobre el que se coloque, como una mesa o escritorio, convirtiéndolo en un altavoz.

Se utiliza también para adulterar minerales como el tungsteno o el fluoruro de calcio para procesos de fabricación. Su uso con oxosulfato está implícito en el campo de la radiología.

En el ámbito de la electrónica se combina con óxido de circonio para estabilizar la estructura en celdas de combustible de alta temperatura.

Funciona como estabilizante en la creación de materiales combustibles a altas temperaturas.

En el ámbito de la biología los iones Tb3+ se usan para localizar microbios: el cloruro de terbio se aplica al área de prueba, que luego se ilumina con luz UV. En cuestión de minutos, cualquier endospora viva presente brillará en verde. También permite determinar regiones activas en las proteínas dada su fijación a los grupos ácidos de los residuos generados con los aminoácidos.

Toxicidad desconocida

Todos los compuestos químicos raros tienen propiedades comparables. El terbio y los compuestos de terbio se consideran de baja toxicidad. El elemento no tiene importancia biológica para el organismo humano.

El terbio es más peligroso en el ambiente de trabajo, debido a las humedades y los gases que pueden ser inhalados con el aire. Puede causar embolias pulmonares en exposiciones a largo plazo. El terbio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en el cuerpo humano.En los animales acuáticos provoca daños a las membranas celulares, lo que tiene varias influencias negativas en la reproducción y en las funciones del sistema nervioso.

Difícil Extracción

Se estima en un 75% de los 118 integrantes actuales de la tabla periódica los que están presente en un iPhone o un 'smartphone'. Desempeñan un papel imprescindible para que puedas seleccionar un icono en la pantalla táctil o escuchar música en el altavoz de tu móvil.
La disponibilidad y el acceso al terbio es motivo de preocupación para los países industrializados. Esta en la lista de los metales críticos (según informe d el Departamento de Energía del Gobierno de los Estados Unidos, marzo de 2011.) El terbio, está escaseando su suministro está en peligro desde el año 2012. Estamos hablando de un simple fin del Terbio de forma económicamente viable. Como el resto de las tierras raras, el terbio está muy presente en toda la corteza terrestre, pero con muy escasa concentración ya que siempre aparece mezclado con otros minerales. Comercialmente se produce a partir de monazita mediante un complejo proceso de intercambio iónico. El metal puede obtenerse reduciendo su fluoruro o cloruro anhidro con calcio metal en una atmósfera de argón.

Un yacimiento de ‘tierras raras’ en China

Su difícil acceso (pese a la relativa abundancia) hacen necesaria una altísima inversión y y suponen un elevado desgaste ecológico. La explotación de tierras raras requiere grandes inversiones que no siempre da los frutos deseados, y aun así, tras hallarlas, se hace necesario asumir un enorme impacto ecológico. Los terrenos se erosionan, el agua contamina y las tierras de labranza se tornan inservibles. Hay que sumar además las emisiones de gases y residuos tóxicos derivados de la extracción. Por cada tonelada de tierras raras que se extrae del suelo se producen alrededor de 12.000 metros cúbicos de residuos que contienen compuestos altamente tóxicos, como el ácido fluorhídrico, el dióxido de azufre y el ácido sulfúrico. Es un precio que muy pocos están dispuestos a pagar.En el panorama actual China cuenta con un tercio de las reservas de tierras raras existentes en el planeta; sin embargo, es responsable del 96% de su suministro mundial. Las tierras raras se hacen ya imprescindibles sin que muchos lo perciban. Repasemos algunos ejemplos: El color rojo de tu televisión se obtiene mediante un compuesto procedente del itrio. La piedra de tu mechero utiliza una aleación de lantano que también es necesaria para la fabricación de vidrios más resistentes. El cerio, unido al hierro, se utiliza para pulir lentes que después usarás en gafas y cámaras. Con neodimio se obtienen rubíes sintéticos, utilizados en multitud de tecnologías láser... El estado actual de dependencia tecnológica se puede resumir en un último ejemplo: las lámparas fluorescentes, el monitor de tu ordenador y tu smartphone se fabrican utilizando europio, un elemento para el que aún no se conoce ningún sustituto posible y cuya producción mundial está controlada por China en un 99,9%. La demanda mundial de tierras raras ha pasado en la última década de 40.000 a 140.000 toneladas anuales, y sigue creciendo a un ritmo del 10% anual.Controlar el 96% del abastecimiento mundial de estos preciados elementos ha colocado a China en una inmejorable situación de cara a la carrera tecnológica que se avecina en los próximos años. Una ventaja económica que tiene implicaciones globales en casi cualquier ámbito imaginable.