La mayoría de los estadounidenses usan elementos de tierras raras todos los días, sin saberlo, o saber algo sobre lo que hacen. Eso podría cambiar ya que estos materiales inusuales se están convirtiendo en un punto focal en la escalada de la guerra comercial entre Estados Unidos y China.

Stanley Mertzman, un geólogo cuya especialidad es el análisis de rayos X de rocas y minerales para determinar su composición química, y que enseña mineralogía en Franklin and Marshall College, explica más sobre estos elementos poco conocidos y fascinantes, y la electrónica moderna que hacen posible.

1. ¿Qué son los elementos de tierras raras?

Estrictamente hablando, son elementos como otros en la tabla periódica, como el carbono, hidrógeno y oxígeno, con números atómicos del 57 al 71. Hay otros dos con propiedades similares que a veces se agrupan con ellos, pero los principales elementos de tierras raras son esos 15. Para hacer el primero, lantano, comience con un átomo de bario y agregue un protón y un electrón. Cada elemento sucesivo de tierras raras agrega un protón más y un electrón más.

Es significativo que haya 15 elementos de tierras raras:los estudiantes de química pueden recordar que cuando se agregan electrones a un átomo, se juntan en grupos o capas, llamados orbitales, que son como círculos concéntricos de un objetivo alrededor de la diana del núcleo.

El círculo objetivo más interno de cualquier átomo puede contener dos electrones; agregar un tercer electrón significa agregar uno en el segundo círculo objetivo. Ahí es donde van los siguientes siete electrones, también - después de lo cual los electrones deben ir al tercer círculo objetivo, que puede contener 18. Los siguientes 18 electrones entran en el cuarto círculo objetivo.

Entonces las cosas empiezan a ponerse un poco raras. Aunque todavía hay espacio para electrones en el cuarto círculo objetivo, los siguientes ocho electrones entran en el quinto círculo objetivo. Y a pesar de tener más espacio en el quinto, los dos electrones siguientes entran en el sexto círculo objetivo.

Ahí es cuando el átomo se convierte en bario, número atómico 56, y esos espacios vacíos en los círculos de destino anteriores comienzan a llenarse. Añadiendo un electrón más - para hacer lantano, el primero de la serie de elementos de tierras raras:coloca ese electrón en el quinto círculo. Añadiendo otro, para hacer cerio, número atómico 58, agrega un electrón al cuarto círculo. Haciendo el siguiente elemento, praseodimio, en realidad mueve el electrón más nuevo del quinto círculo al cuarto, y agrega uno más. Desde allí, electrones adicionales llenan el cuarto círculo.

En todos los elementos, los electrones en el círculo más externo influyen en gran medida en las propiedades químicas del elemento. Debido a que las tierras raras tienen configuraciones idénticas de electrones más externos, sus propiedades son bastante similares.

2. ¿Son realmente raros los elementos de tierras raras?

No. Son mucho más abundantes en la corteza terrestre que muchos otros elementos valiosos. Incluso las tierras raras más raras, tulio, con número atómico 69, es 125 veces más común que el oro. Y la tierra rara menos rara, cerio, con número atómico 58, tiene 15 años, 000 veces más abundante que el oro.

Son raros en un sentido, aunque, los mineralogistas los llamarían "dispersos, "lo que significa que en su mayoría se esparcen por todo el planeta en concentraciones relativamente bajas. Las tierras raras se encuentran a menudo en rocas ígneas raras llamadas carbonatitas, nada tan común como el basalto de Hawai o Islandia, o andesita del Monte Santa Elena o del Volcán Fuego de Guatemala.

Hay algunas regiones que tienen muchas tierras raras, y se encuentran principalmente en China, que produce más del 80 por ciento del total anual mundial de 130, 000 toneladas métricas. Australia también tiene algunas áreas, al igual que algunos otros países. Estados Unidos tiene un área pequeña con muchas tierras raras, pero la última fuente estadounidense para ellos, Cantera de Mountain Pass de California, Cerrado en 2015.

3. Si no son raros, son muy caras?

Sí, bastante. En 2018, el costo de un óxido de neodimio, número atómico 60, es de US $ 107, 000 por tonelada métrica. Se espera que el precio suba a $ 150, 000 para 2025.

El europio es aún más costoso:alrededor de $ 712, 000 por tonelada métrica.

Parte de la razón es que los elementos de tierras raras pueden ser químicamente difíciles de separar entre sí para obtener una sustancia pura.

4. ¿Para qué sirven los elementos de tierras raras?

En la última mitad del siglo XX, europio, con número atómico 63, llegó a una gran demanda por su papel como fósforo productor de color en pantallas de video, incluyendo monitores de computadora y televisores de plasma. También es útil para absorber neutrones en las barras de control de los reactores nucleares.

Otras tierras raras también se utilizan comúnmente en dispositivos electrónicos en la actualidad. Neodimio número atómico 60, por ejemplo, es un poderoso imán, útil en teléfonos inteligentes, televisores, láseres baterías recargables y discos duros. También se espera que una próxima versión del motor de automóvil eléctrico de Tesla utilice neodimio.

La demanda de tierras raras ha aumentado constantemente desde mediados del siglo XX, y no existen materiales alternativos reales para reemplazarlos. Tan importantes como son las tierras raras para una sociedad moderna basada en la tecnología, y tan difíciles como son para minar y usar, la batalla arancelaria puede poner a los EE. UU. en un lugar muy malo, convirtiendo tanto el país como los propios elementos de tierras raras en peones en este juego de ajedrez económico.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.