Lantánidos (tierras raras)

El llenado del subnivel 4f

A lo largo de los lantánidos se añaden electrones al subnivel 4f, que se encuentra muy hacia el interior del átomo, por debajo de los electrones 5s y 5p. Muchos lantánidos tienen la configuración [Xe] 4fⁿ 6s², como el neodimio ([Xe] 4f⁴ 6s²). El lantano ([Xe] 5d¹ 6s²) aún no tiene electrones 4f, y el lutecio ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) tiene el subnivel 4f completo.

Incluir los 15 en la tabla principal la haría de 32 columnas de ancho, por eso se imprimen aparte. Los químicos aún debaten si el lantano o el lutecio pertenece al grupo 3 bajo el itrio; este sitio muestra ambos en la fila de los lantánidos.

Propiedades y reacciones

Los lantánidos son metales blandos y plateados que se empañan en contacto con el aire. Reaccionan lentamente con agua fría y más rápido con agua caliente, liberando hidrógeno: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Como los electrones 4f, situados en el interior, participan poco en el enlace, casi todos los lantánidos forman iones 3+ y tienen una química muy parecida, aunque el cerio también puede ser +4 y el europio y el iterbio pueden ser +2.

Los electrones 4f desapareados dan a muchos iones lantánidos un fuerte magnetismo y colores de luz nítidos y puros. El prometio es el único lantánido sin isótopos estables y casi no existe en la naturaleza.

La contracción lantánida

Del lantano al lutecio los iones 3+ se hacen cada vez más pequeños, porque cada protón añadido atrae con más fuerza a los electrones mientras que los electrones 4f se apantallan mal entre sí. Los químicos aprovechan estas pequeñas diferencias de tamaño para separar los lantánidos. La contracción también explica por qué el hafnio y los demás metales de transición del período 6 tienen casi el mismo tamaño que los metales que están encima de ellos.

Raras pero útiles

A pesar del nombre, la mayoría de las tierras raras no son especialmente raras: el cerio es casi tan abundante en la corteza terrestre como el cobre. Se encuentran mezcladas en minerales como la monacita y la bastnasita, y es difícil separarlas.

Los imanes de neodimio-hierro-boro son los imanes permanentes más potentes que existen y se encuentran en motores de coches eléctricos, aerogeneradores, auriculares y discos duros. El europio y el terbio aportan luz roja y verde en pantallas y lámparas, el erbio amplifica las señales en cables de fibra óptica, el gadolinio es un medio de contraste para las resonancias magnéticas y el óxido de cerio sirve para pulir vidrio. El lantano se usa en lentes de cámaras y en baterías de níquel-hidruro metálico.