Los metales de tierras raras son indispensables para muchos productos técnicos, desde teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, baterías, motores eléctricos y turbinas eólicas hasta catalizadores. En la revista Angewandte Chemie , un equipo japonés ha introducido ahora una "jaula" molecular con "tapas" que se pueden usar para "confinar" selectivamente ciertos iones de metales de tierras raras para su aislamiento o reciclaje.

Los elementos de tierras raras incluyen 17 metales:escandio, itrio, lantano y los lantánidos, los 14 elementos que siguen al lantano en la tabla periódica, incluidos el neodimio y el europio. El nombre es engañoso porque los metales de tierras raras en realidad no son raros. Están en todas partes en el medio ambiente, pero están muy dispersos y ligados a minerales ("tierras"); los depósitos grandes son raros. Recuperar estos elementos de los desechos electrónicos es cada vez más importante. Se han descubierto algunos microorganismos que contienen enzimas con metales de tierras raras. Estos podrían ser útiles en la extracción y recuperación y proporcionar inspiración para el uso de metales de tierras raras como catalizadores.

Los iones de metales de tierras raras también se encuentran en cuerpos de agua y en efluentes. Sin embargo, son difíciles de separar individualmente de soluciones acuosas. Una de las razones de esto es que generalmente están hidratados, lo que significa que están unidos a moléculas de agua. Sus estados de hidratación son diferentes y pueden cambiar. Esto dificulta la identificación y el aislamiento de los iones a través de la unión a ligandos.

Un equipo dirigido por Makoto Fujita en la Universidad de Tokio y el Instituto de Ciencias Moleculares ha logrado ahora "confinar" las formas hidratadas de iones trivalentes de una serie de metales de tierras raras en "jaulas" cerradas. Cada molécula de jaula consta de cuatro ligandos orgánicos con forma de "placas" triangulares que están conectadas por sus puntas a seis iones de paladio para formar una jaula octaédrica con dos grandes aberturas. El ion de metal de tierras raras encaja en la jaula con sus nueve moléculas de agua unidas. La característica crítica de la jaula son sus dos "tapas" que cubren las aberturas. Estas son moléculas planas con tres brazos de unión cargados negativamente que se unen a las moléculas de agua de los iones de metales de tierras raras a través de puentes de hidrógeno. Además, se mantienen apretados por interacciones electrostáticas con los iones de paladio cargados positivamente en la jaula.

No todos los iones de metales de tierras raras son capturados igualmente bien por este sistema. Sutiles diferencias en sus radios y modos preferidos de hidratación determinan qué tan bien encajan en las jaulas:el lantano y los primeros lantánidos, como el europio, se unen con mucha más fuerza que los lantánidos posteriores, como el iterbio. El escandio, por ejemplo, solo tiene seis moléculas de agua unidas y no puede encontrar una posición estable dentro de la jaula. Por lo tanto, apenas se mantiene en su lugar.

El confinamiento de especies de metales hidrofílicos en una cavidad cerrada podría ser un enfoque para el aislamiento de metales de tierras raras, así como para el desarrollo de nuevos catalizadores análogos a las enzimas que contienen metales (metalozimas) en microorganismos. + Explora más

Compost a computadora:materiales de base biológica utilizados para salvar elementos de tierras raras