Terre rare/Utilizzi

Le terre rare hanno vari utilizzi scoperti in epoca moderna, mentre nel passato questi elementi si conoscevano poco ed erano pertanto poco sfruttati.

Il cerio è stata la prima terra rara ad essere impiegata su scala industriale nel campo dell'illuminazione. Essa infatti in forma di ossido perfezionava la "reticella" di torio aumentando la luminosità delle fiamme a gas di carbone usate nel 1891. L'estrazione del torio portò a ottenere una grande quantità di altri lantanidi per i cui si estese il loro utilizzo: l'acciarino di ferro venne sostituito da una miscela di terre rare (Ce per il 50%, La per il 25% e il rimanente 25% di lantanidi leggeri) e ferro. Questa lega di metallo piroforico (ossia sostanza che si incendia facilmente a contatto con l'aria) era maggiormente performante del acciarino precedente.

Un'altra applicazione storica dei lantanidi era legata alla produzione di vetri particolari che assorbivano determinate lunghezze d'onda della luce impedendone il passaggio e migliorando la visibilità, in certe situazioni. Alcuni anni dopo, furono prodotte leghe di lantanidi e magnesio per migliorare le proprietà dei componenti aeronautici montati sui velivoli usati durante la Seconda guerra mondiale.

Al giorno d'oggi gli utilizzi delle terre rare sono ormai vasti ed essenziali sia in ambito tecnologico che quello medico, motivo per cui l'estrazione e la separazione di questi elementi è alla base dell'economia moderna.

Di seguito i più comuni usi dei lantanidi, che comunque non vengono utilizzati allo stato elementare in quanto reattivi all'aria

Scandio

Lo scandio si trova spesso in lega con l'alluminio, con il quale ha densità comparabile anche se punto di fusione più alto. Queste leghe sono più performanti dei manufatti composti di solo alluminio e vengono usate per telai di biciclette professionali, nelle mazze da baseball e anche per parti di aerei militari. Come altre terre rare, esso trova impiego anche nel campo dell'illuminazione: si ottengono infatti lampade, ai vapori di mercurio, che presentano una luce simile a quella solare addizionando ioduro di scandio. Un utilizzo, di nicchia, è riservato al suo isotopo radioattivo (l'isotopo con numero di massa 46), infatti nell'industria petrolifera viene addizionato per tracciare le frazioni di petrolio durante la raffinazione e per monitorare le fuoriuscite involontarie.

Ittrio

L' utilizzo dell'ittrio inizialmente era legato ai primi televisori a colori, dove i fosfori rossi presenti nei tubi erano ottenuti dagli ossisolfuri di ittrio. Nelle leghe di alluminio e magnesio viene impiegato come additivo per migliorarne la resistenza. È anche presente nella tecnologia dei radar, dove agisce come filtro per le microonde. Come altre terre rare, viene usato per la produzione di laser sfruttando il composto granato di ittrio alluminio. Viene inoltre impiegato per la realizzazione di superconduttori. Come ossido, se aggiunto al vetro rende quest'ultimo resistente al calore e agli urti. Nella chimica industriale è impiegato come catalizzatore nella sintesi del polietilene. Infine come per lo scandio, il suo isotopo instabile ha trovato un utilizzo: l'ittrio-90 è infatti usato in ambito chemioterapico, in particolare per curare il cancro al fegato.

Lantanio

Il lantanio può essere adoperato da solo in forma di ossido o ione oppure in miscela con altri elementi delle terre rare come il cerio per dare mischmetal (lega piroforica) dove è presente per il 25%. Leghe simili sono usate nell'ambito dell'illuminazione e nelle proiezioni cinematografiche. Il lantanio, in lega con il nichel, ha inoltre un grande utilizzo nella tecnologia pulita, ad esempio è usato nei veicoli alimentati ad idrogeno per immagazzinare quest' ultimo, mentre nelle auto ibride è presente nell'anodo delle batterie. L'ossido di lantanio trivalente migliora la resa ottica e la resistenza agli alcani, per questo è impiegato per vetri ottici speciali. Nell'industria petrolifera viene impiegato, come sale, per catalizzare le reazioni di raffinazione del petrolio. Il lantanio ha anche un uso biologico, in quanto il suo ione trivalente può essere usato come tracciante per lo ione calcio. Infine, è stato studiato in forma radioattiva per la chemioterapia.

Cerio

Utilizzi più moderni di questo elemento sono sia di tipo settoriale sia di uso comune. Infatti lo si può ritrovare come catalizzatore o come elemento presente nei dispositivi elettronici per migliorarne la performance. L'ossido di cerio è anche impiegato manualmente sotto-forma di impasto per lucidare i vetri. Quando è legato allo zolfo, per formare il solfuro, può essere utilizzato come pigmento rosso, inserito all'interno di manufatti come ad esempio: i giochi per bambini, dal momento che è atossico. Questo lantanide è anche impiegato nella preparazione di lampadine a basso consumo energetico, e quindi meno impattanti per l'ambiente, nei proiettori e nelle TV a schermo piatto. Il suo utilizzo come catalizzatore è ampio anche nella vita quotidiana, ad esempio nei forni autopulenti, dove l'ossido del cerio trivalente è presente nelle pareti. Sotto forma di nanoparticelle è invece aggiunto al carburante diesel con lo scopo di catalizzare la reazione di combustione e portare interamente all'eliminazione o almeno alla diminuzione delle emissioni di scarico di resti incombusti.

Praseodimio

Il praseodimio viene utilizzato come sale, come ossido oppure in lega. Come sale essendo si di un colore giallo intenso, viene usato per colorare manufatti come smalti e vetri; come ossido, invece, insieme al neodimio forma il vetro di didimio che filtra le radiazioni associate alla luce gialla e quelle del calore. L'impiego maggiore però è in lega nella produzione di magneti permanenti, essenziali per il funzionamento di ogni apparecchio elettrico o elettronico. Un ulteriore sfruttamento, anche se meno comune, è quello di componente dei motori aeronautici (in lega con il magnesio) per le sue elevate prestazioni.

Neodimio

Il neodimio ha molti usi, oltre al già citato vetro al didimio. Questo elemento può essere usato per colorare il vetro e le sue sfumature sono varie a seconda dei sali (possono essere grigie, rosso vino oppure viola). Inoltre, i vetri al neodimio hanno la capacità di fermare i raggi infrarossi senza bloccare il passaggio delle radiazioni ultraviolette, per questo motivo sono utilizzati nelle cabine abbronzanti. Viene anche impiegato per produrre laser usati in medicina e in estetica. Un ruolo in chimica industriale è quello della produzione di polimeri in quanto è usato come catalizzatore, sia come ossido che come nitrato, per le reazioni di polimerizzazione.

Nel 1983 è stato adoperato in lega con ferro e boro per generare magneti permanenti molto potenti. Questi magneti miniaturizzati hanno dato slancio alla gran parte di tecnologia oggi di uso comune come cuffie, cellulari, tergicristalli delle auto e nelle turbine eoliche per produrre energia pulita e rinnovabile.

Samario

Il samario ha utilizzi simili a quelli di altre terre rare, ad esempio è usato nei laser, nell'illuminazione e nei vetri per assorbire gli infrarossi. Possiede la caratteristica di schermare i neutroni assorbendoli e per questo è utilizzato nelle centrali nucleari. Può venire sfruttato per produrre magneti permanenti, pur essendo meno usati di quelli al neodimio, in quanto hanno la caratteristica di rimanere stabili e quindi magnetizzati anche a elevate temperature; per questo trovano comunque utilizzo in apparecchi particolari come i forni a microonde.

Europio

L'europio è il più raro e costoso elemento delle terre rare, perciò ha utilizzi più specifici rispetto agli altri elementi visti in precedenza. Uno dei pochi usi è quello legato alla produzione di banconote dell'Unione europea, dove viene impiegato per identificare i falsi: infatti solo le banconote contenenti l'europio si illuminano di rosso, quando sono esposte a luce ultravioletta. Viene inoltre utilizzato per le lampadine a basso consumo. Nei reattori nucleari, in particolare nelle barre di controllo, è impiegato per assorbire i neutroni. Infine viene addizionato alle leghe per la formazione di superconduttori sottili.

Gadolinio

Come altre terre rare viste prima, il gadolinio è usato nell'industria nucleare: è infatti presente nel nucleo dei reattori dove, ha il ruolo di assorbire i neutroni. In ambito medico è utilizzato per diagnosticare tumori poiché i suoi composti sono utilizzabili per la risonanza magnetica. Ma l'utilizzo principale del gadolinio è quello di additivo per migliorare le prestazioni delle leghe a base di ferro e cromo, nelle quali aumenta la lavorabilità, la resistenza alle alte temperature e quella all' ossidazione. In lega è presente anche in dispositivi elettronici come il computer dove è usato per la realizzazione di magneti, dischi di memorizzazione dati e componenti elettronici.

Terbio

Il terbio, come altri lantanidi, viene utilizzato nel campo dell'illuminazione; in particolare nella produzione di lampadine a basso consumo energetico e in quelle al mercurio. Viene usato anche, come altri elementi dello stesso periodo, nei laser. Esso è molto importante, in ambito medico, poiché mantiene la stessa qualità delle immagini ottenute dalle radiografie ma con tempi di rilevamento inferiori. Ciò porta a numerosi vantaggi fra cui un rischio minore per il paziente che si sottopone a tale tecnica.

Disprosio

Il disprosio viene utilizzato nelle lampade a scarica ad alogenuri per illuminare le sale poiché emette una luce bianca molto intensa. Viene inoltre utilizzato nelle barre di controllo dei reattori nucleari per via della sua capacità di assorbire neutroni mantenendo inoltre un'elevata stabilità volumetrica sotto al flusso di neutroni; queste barre sono a base di ossido di nichel disprosio mischiato a ceramica.

L'utilizzo maggiore però è come lega per magneti insieme al neodimio. Questi mantengono infatti la loro caratteristica magnetica anche se esposti ad elevate temperature e sono perciò utilizzati nei motori, nei generatori, nelle turbine eoliche e nei veicoli elettrici.

Olmio

L'olmio ha gli stessi utilizzi degli altri lantanidi, viene impiegato nelle centrali nucleari per controllare reazioni a catena a causa della sua capacità di assorbire neutroni; in lega può essere utilizzato per la produzione di alcuni magneti.

Erbio

Come il disprosio, l'erbio non è stabile all'aria o all'acqua, per questo motivo viene utilizzato in lega o direttamente come ossido, dove trova impiego nei vetri degli occhiali dei saldatori per la sua capacità di assorbire gli infrarossi; inoltre, viene addizionato al vetro per colorarlo di rosa, al fine di imitare pietre preziose naturali. In lega con il vanadio, migliora le caratteristiche di quest'ultimo, abbassandone la sua durezza aumentandone quindi la lavorabilità. L'impiego principale dell'erbio, comunque, è quello di additivo nelle fibre ottiche per l'amplificazione di segnali di banda larga.

Tulio

Il tulio è sfruttato per produrre laser impiegati in chirurgia e nella costruzione di macchine a raggi X. Queste hanno la particolarità di essere maneggevoli poiché di dimensioni ridotte e leggere, e per questo sono usate dove occorre effettuare un'analisi sul posto senza doversi recare al pronto soccorso. Questi apparecchi funzionano in quanto un isotopo del tulio, che si forma se irradiato con energia nucleare, emette raggi X.

Itterbio

Gli usi dell'itterbio sono più recenti rispetto ai lantanidi precedenti. In particolare, quest' elemento inizia ad essere impiegato nei laser sintonizzabili e nei dispositivi di memoria. L'importanza dell'itterbio è data nel suo ruolo di catalizzatore in ambito industriale, infatti avendo una bassa tossicità è usato per sostituire i precedenti catalizzatori pericolosi per l'uomo e l'ambiente.

Lutezio

Il lutezio è utilizzato nell'industria petrolchimica come catalizzatore delle reazioni di cracking di idrocarburi. Al momento non ci sono altri usi industriali su larga scala.