Tierras raras (I): samario y gadolinio

Fernando Gomollón Bel (ISQCH)

Hace tiempo os contamos una curiosidad sobre dos elementos en nuestro Twitter. El samario (₆₂Sm) y el gadolinio (₆₄Gd) son los primeros elementos que se bautizaron a partir de nombres de personas. ¿Os interesa saber más cosas sobre ellos? En este artículo, el primero en el hablamos sobre «tierras raras» en Moléculas a Reacción, descubriréis de dónde viene su nombre y qué utilidad tienen estos dos metales. ¿Habíais oído hablar de ellos antes?

Captura de los tuits en los que hablábamos sobre el Sm y el Gd.

¿Qué son las «tierras raras»?

Así se llamaba antiguamente a los elementos que hoy se conocen como lantánidos y actínidos. «Tierras» porque antes se denominaban así los óxidos, y la mayor parte de estos elementos se encontraban en la naturaleza formando este tipo de compuestos. «Raras» es, simplemente, porque se creían escasos. Sin embargo, muchos de ellos son tan abundantes como el plomo, el estaño o el níquel. Los más escasos (el tulio, ₆₉Tm, y el lutecio, ₇₁Lu) son unas 200 veces más abundantes que el oro [1].

Abundancia de los elementos en la corteza terrestre, ordenados por número atómico (Z). Fuente: Wikipedia.

Gd y Sm, ¿de dónde vienen sus nombres?

El gadolinio debe su nombre a Johan Gadolin, un químico y mineralogista finlandés. Gadolin no fue descubridor de ningún elemento, pero llevó a cabo el análisis de varias muestras de minerales que le llegaban de todos los rincones de Escandinavia. Consiguió aislar el óxido de itrio; un metal que, aunque no es una «tierra rara», suele encontrarse mezclado con ellas ya que presenta un comportamiento químico muy similar. De hecho, del mineral a partir del cual Gadolin aisló el óxido de itrio (que se bautizaría después como «gadolinita»), se aislaron posteriormente varios lantánidos como el erbio, el terbio, el iterbio y el propio gadolinio.

Gadolin también estudió los estados de oxidación de los elementos. ¿Recordáis estudiar eso de «óxido férrico» y «óxido ferroso»? Suena parecido, pero son dos compuestos distintos. En el primero, el hierro está más oxidado, es hierro(III). Es un sólido de color rojizo. El otro, un polvo negro mucho más FeO, contiene átomos de hierro en un estado de oxidación más bajo (el II). Gadolin trabajó sobre la teoría de la combustión de Lavoisier, que creía superior a otras teorías sobre el flogisto de la época,  y vio que el estaño podía existir como estaño(0), metálico, o como estaño oxidado en dos formas distintas (II y IV) dependiendo de la cantidad de oxígeno con la que se combinara. Publicó estos resultados en 1788 [2].

El samario fue bautizado en honor a Vasili Evgrafovich Samarsky-Bykhovets, un coronel del cuerpo ruso de ingenieros de minerales. ¿Qué hizo Samarsky para que ahora todos veamos su nombre en nuestras tablas periódicas? No gran cosa. En 1847, trabajando en los montes Urales, descubrió una roca que tenía un aspecto extraño. Como experto en minerales que era se percató de que no era nada conocido hasta el momento. Lo envió a Berlín y ahí confirmaron que, efectivamente, se trataba de un nuevo mineral y, siguiendo las convenciones establecidas lo bautizaron «samarskita».

Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (Fuente: Wikimedia Commons)

Pero, a priori, los descubrimientos de Gadolin y Samarsky no parecen espectaculares. No tan espectaculares, al menos, como los de Einstein, Pierre y Marie Curie o Copérnico, otros científicos que encontramos en la tabla periódica. ¿A qué se debe, entonces, que dos elementos tengan sus nombres? Las malas lenguas dicen que todo es por culpa de Paul Émile Lecoq, el investigador francés que, junto con el suizo Gallisard de Marignac, descubrió los dos elementos entre 1879 y 1880. ¿Qué hizo exactamente Lecoq? Resulta que Lecoq había descubierto en 1875 otro elemento: el galio. Todo el mundo da por sentado que se llama así por Francia (la Galia). Pero si uno piensa de manera algo más enrevesada (pero tal vez cierta, quién sabe) puede observar que «Lecoq», en francés, significa «el gallo»; gallum, en latín. ¿Y si el químico hubiera bautizado el elemento con su nombre? Habría conseguido así estar presente en la tabla periódica mucho antes que ningún otro. [3]

El galio, un metal que funde a 29,7ºC (Foto de nuestro amigo @luisccqq, de el nuevo blog «Enseñanza, Historia, Filosofía y Divulgación de la Química«). Muy propio, además, porque este artículo participa en el XXXI Carnaval de Química, «Edición Galio».

¿Qué usos tienen?

Si os digo que tenéis objetos en casa con gadolinio y samario, ¿os lo creéis? El gadolinio podíais encontrarlo en las antiguas teles «de tubo», era el responsable del color verde. Además, se usa también en la fabricación de discos compactos. Aunque su uso más habitual hoy en día no es tan «casero», aunque sí muy habitual. Por sus propiedades magnéticas, se usa el gadolinio como contraste en resonancia magnética. [4]

Pastillas de una guitarra eléctrica (Fuente: Wikimedia Commons)

El samario también se encuentra en objetos cotidianos. Generalmente está aleado con cobalto para formar unos imanes que son 10000 veces más fuertes que los imanes de hierro. Los imanes de neodimio son más fuertes aún, pero resisten peor las altas temperaturas. Se utilizan en los auriculares (sí, llevan un imán, probad a acercar el izquierdo y el derecho y veréis como los cascos se repelen), en pequeños motores y en las pastillas de las guitarras eléctricas (la parte de la guitarra que hace de micrófono y hace posible que se amplifique el sonido). [5]

Referencias

1. «Abundance of the chemical elements», Wikipedia (US). Consultado el 14 de agosto de 2013 a las 11:47.
2. «Johan Gadolin», Encyclopedia.com. Consultado el 26 de diciembre de 2013 a las 10:08.
3. Aldersey-Williams, H (2012). «Periodic Tales. The Curious Lives of the Elements.» Londres, Reino Unido: Penguin Books. pp. 373-378. ISBN 978-0-141-04145-2.
4. Caravan, P.; Ellison, J. J.; McMurry, T. J.; Lauffer, R. B. «Gadolinium(III) Chelates as MRI Contrast Agents: Structure, Dynamics and Applications». Chemical Reviews 1999, 99 (9), 2293-2352. DOI: 10.1021/cr980440x
5. Emsley, John (2001). «Samarium». Nature’s Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. pp. 371–374. ISBN 0-19-850340-7.

Este artículo participa en la XXXI Edición del Carnaval de Química «Edición Galio» organizado por ZTFNews.org. 

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El Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (ISQCH) es un instituto de investigación química mixto entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza.

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