terre rare
terre rare In chimica, gruppo di 15 elementi chimici di numero atomico da 57 a 71. Gli elementi delle t. erano ritenuti in passato presenti solo in minerali rari, da cui il loro nome; in realtà si calcola che il cerio sia presente sulla crosta terrestre con la stessa abbondanza del rame, mentre il tulio, che è il più raro, è comunque più abbondante del cadmio. Sono caratterizzati dal fatto che al variare del numero atomico le proprietà chimiche rimangono pressoché le stesse: ciò in quanto al crescere del numero atomico gli elettroni aggiunti vanno a completare strati interni, lasciando inalterato quello di valenza; perciò nel sistema periodico degli elementi essi vengono a occupare un solo posto, al 3° gruppo; anzi, per il fatto che il lantanio (numero atomico 57) costituisce il primo elemento del gruppo, le t. si dicono appartenere o costituire il gruppo dei lantanidi.
Gli elementi delle t., in base all’analogia di comportamento chimico, vengono suddivisi spesso in elementi del gruppo del cerio, del gruppo del terbio e del gruppo dell’ittrio (v. tab.); quest’ultimo non appartiene alle t., ma si trova spesso in natura insieme a esse. Però fra i tre gruppi si hanno diverse sovrapposizioni, per cui appare più conveniente una suddivisione in due soli gruppi, del cerio e dell’ittrio, con un punto di separazione fra i due in corrispondenza dell’elemento a numero atomico 64. Il primo gruppo comprende gli elementi più abbondanti in natura, che si comportano come basi forti, il secondo invece raggruppa elementi che possiedono un comportamento di basi più deboli.
Gli elementi delle t. non hanno minerali propri che li contengono in forma più o meno concentrata, ma sono diffusi in natura in un centinaio di minerali, sotto forma di ossidi, carbonati, silicati, fosfati, associati ad altri elementi (calcio, berillio, ferro, alluminio ecc.). I minerali in cui gli elementi delle t. sono presenti in quantità sufficiente per essere estratti sono essenzialmente la monazite, la bastnaesite, la xenotina e anche, ma in misura minore, l’apatite e l’uraninite. Questi minerali sono localizzati, per più del 95% del totale, in Cina, negli Stati Uniti (Minnesota) e in India; la Cina da sola ne dispone per l’80% circa.
Il recupero e la separazione degli elementi delle t. presentano notevoli difficoltà sia per le basse concentrazioni dei singoli elementi presen;ti nei minerali sia per le strette somiglianze chimiche e fisiche tra loro esistenti. L’estrazione degli elementi delle t. dai minerali che li contengono inizia con la preparazione di concentrati mediante l’eliminazione di gran parte dei componenti estranei. Il sistema seguito non può essere lo stesso per tutti i minerali: in quelli ricchi di carbonati (bastnaesite) si può procedere a trattamenti con acidi minerali (cloridrico ecc.), specie a caldo, o a calcinazione; mentre nel caso di minerali contenenti fosfati (monaziti) si può ricorrere a sistemi di flottazione. Il trattamento con acidi decompone i carbonati trasformandoli in cloruri solubili; alla decomposizione ottenuta per calcinazione segue un trattamento del residuo con acidi; in entrambi i casi le soluzioni ottenute si filtrano per allontanare i residui insolubili; dalle soluzioni, contenenti oltre agli elementi delle t. anche gli altri componenti solubilizzati, si procede all’ottenimento dei primi mediante precipitazione, per lo più sotto forma di idrati che, per calcinazione, forniscono miscele di ossidi che in alcuni casi possono essere utilizzate tal quali o possono essere poi frazionate, con sistemi diversi (cristallizzazione, scambio ionico, estrazione con solvente), per fornire i singoli componenti, a gradi piuttosto elevati di purezza.
La metallurgia assorbe un’elevata percentuale della produzione di elementi delle terre rare. L’aggiunta di t. ai metalli, infatti, esplica diverse funzioni: negli acciai controlla le inclusioni di solfuri, nelle leghe contenenti nichel provoca un innalzamento della temperatura di lavorazione, in altri casi riduce la dilatazione termica ecc. Il samario è il più efficace fra gli elementi delle t. impiegati per migliorare le caratteristiche dei materiali magnetici. Il neodimio è entrato come elemento laser attivo nei laser a granati per la sua capacità di favorire lo spostamento delle radiazioni verso il vicino infrarosso. Interessanti possibilità di sviluppo sembrano avere tre classi di superconduttori a ossido di rame contenenti t.: la prima contiene lantanio, la seconda neodimio e cerio, la terza ittrio.
Per l’uso di materiali a base di cerio come catalizzatori ➔ cerio.