¿Usted sabía que las pantallas de televisores, monitores de computadoras, celulares, tablets y tecnología de defensa militar tienen un componente en común? Se trata de las tierras raras. Son un conjunto de diecisiete elementos de la tabla periódica, donde se consideran el Escandio (Sc), Itrio (Y) y los quince elementos del grupo de los lantánidos, conformado por Lantano (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Prometio (Pm), Samario (Sm), Europio (Eu), Gadolinio (Gd), Terbio (Tb), Disprosio (Dy), Holmio (Ho), Erbio (Er), Tulio (Tm), Iterbio (Yb) y Lutecio (Lu).
El Prof. Pablo Fuentealba Castro de la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile y la candidata a doctora en Química Patricia Farías han estudiado las propiedades de estos elementos químicos. “Son parte de la guerra comercial entre China y Estados Unidos, debido a que China es el principal productor en el mundo, mientras que EE.UU. es un productor menor y potente consumidor, y ambos son generadores de tecnologías en base a materiales con estos elementos”, sostienen el académico del Departamento de Química Inorgánica y Analítica y su estudiante.
En el artículo “Smartphones/Smart Chemistry”, publicado por la “American Chemical Society” se establece que, en los smartphones, considerando los modelos de todas las compañías, se encuentran dieciséis de los diecisiete elementos, solamente no se utiliza el Prometio (Pm), que es un elemento radioactivo. Cada teléfono cuenta con cerca de 8 o 9 tierras raras.
Origen del nombre
Su denominación de tierra rara se debe a dos factores principales: inicialmente se pensó que eran difíciles de encontrar en la naturaleza, aunque en realidad son relativamente abundantes en la corteza terrestre. “De hecho, muchos de ellos son más abundantes que los metales preciosos como plata, oro y platino”, precisa Patricia Farías.
El segundo factor importante que da origen a su nombre, y de carácter histórico, es que en 1788, en una minera de la ciudad de Ytterby, Suecia, se encontró una roca negra, desconocida en el mundo, por lo que la mina se denominó rara, y tierra, ya que era el término dado a las rocas que se podían disolver en ácido. Pasado el tiempo, mineras de la misma ciudad extrajeron minerales que dieron origen a las primeras tierras raras identificadas, que fueron nombradas en honor a la ciudad: Yterbio, Ytrio, Terbio y Erbio.
Extracción y usos
El proceso de extracción de las tierras raras es complejo, debido a que no se les encuentra a cada uno de ellos por separado. Normalmente se encuentran en baja concentración y formando parte de otros minerales, y ya que sus propiedades fisicoquímicas son similares, se requiere un tratamiento específico para la extracción de cada uno de ellos, traduciéndose en un tratamiento de grandes cantidades de sólido para la obtención de una pequeña, pero valiosa cantidad de tierras raras.
En un comienzo, se utilizaba pirometalurgia e hidrometalurgia, pero la primera requiere un consumo de energía importante y la separación no es eficiente, mientras que la segunda requiere muchos pasos, el uso de solventes orgánicos y genera desechos ácidos peligrosos. Pero científicos a lo largo del mundo se han enfocado en desarrollar procesos más amigables con el medio ambiente, mediante el uso de extractantes que puedan ser reutilizados, disminuyendo o evitando el uso de solventes orgánicos o disminuyendo la cantidad de residuos generados en los procesos.
“Las múltiples aplicaciones de estos elementos, se deben a sus propiedades magnéticas y ópticas únicas, que derivan de su configuración electrónica. Hoy en día existen múltiples dispositivos que forman parte de nuestra vida cotidiana y en los que encontramos estos elementos, como lo son la iluminación de bajo consumo, las pantallas de celulares, computadores o televisores, fibras ópticas, láseres o tintes luminiscentes. De hecho, los sellos de seguridad de los euros, son en base a lantánidos, ya que algunos de estos materiales o tintas al exponerlos a una luz UV, podemos observar un brillo, una emisión desde esta tinta que es producto de los iones lantánidos”, sostiene Fuentealba.
Producción en Chile e investigación
En Chile, principalmente están siendo extraídos en dos regiones: Atacama y Bío Bío. En Atacama se han encontrado cantidades considerables (mg/kg) de Lantano (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Samario (Sm), Europio (Eu) y Gadolinio (Gd). Cabe destacar que algunos de estos proyectos han sido vendidos a empresas internacionales, como por ejemplo el proyecto Biolantánidos que fue comprado por Hochschild.
En nuestra Facultad, estos elementos están siendo estudiados mediante diferentes proyectos. La Prof. Evgenia Spodine, adscrita al Departamento de Química Inorgánica y Analítica, es investigadora responsable de un proyecto Fondecyt Regular enfocado en la obtención de compuestos de coordinación basados en lantánidos como emisores de luz blanca (Regular 1200033), donde también participan el Prof. Pablo Fuentealba y el Prof. Jorge Manzur. En el marco de este proyecto participaron tanto estudiantes de pre como posgrado. Producto de esta iniciativa, se generaron diversas publicaciones, siendo una de estas destacada como cover de la prestigiosa revista “Inorganic Chemistry” de la “American Chemical Society-ACS”.
Otro proyecto importante fue el proyecto de Iniciación en Investigación del Prof. Pablo Fuentealba (11200919), donde se exploraron propiedades de emisión dependientes de la temperatura, con el fin de generar termómetros luminiscentes como agentes de contraste para bioimagenología. En esta también participaron estudiantes de pregrado y magíster, y se generaron trabajos en importantes revistas como la “European Journal of Inorganic Chemistry”. En el mismo marco de investigación, como proyectos activos, se cuenta con el proyecto postdoctoral (3220200) de la investigadora Dra. Yolimar Gil, patrocinado por el Prof. Fuentealba; además, del proyecto regular recientemente adjudicado donde también participa como investigador responsable el Prof. Fuentealba (1241928). Esta iniciativa es de carácter interdisciplinario, donde se pretende desarrollar agentes de contraste para bioimagenología y aborda desde la preparación de los materiales hasta ensayos de biocompatibilidad. Participa igualmente en este proyecto la Prof. Evgenia Spodine, el Prof. Daniel Aravena de la Universidad de Santiago de Chile, y la Prof. Marianela Saldías de la Universidad Central de Chile.
En este proyecto también está involucrada la magíster en Química de nuestra Facultad, Jeannette Morales Alfaro, quien es Lab Manager, y la candidata a doctora en Química, Patricia Farías Carreño. Ambas están llevando a cabo la parte experimental de la propuesta. La tesis de doctorado de Farías aborda desde la síntesis, caracterización y estudio óptico de compuestos como agentes de contraste, lo que brinda grandes oportunidades en el marco de la investigación e innovación. Además, están participando dos estudiantes de pregrado de la carrera de Química: Sebastián Gálvez y Cristóbal González.