Tierras raras
R(are)E(arth)E(lements)
Características generales de las
tierras raras (REE)
La serie de lantánidos es el grupo de elementos químicos que siguen
al lantano en el grupo IIIB de la tabla periódica. Su distinción
atómica es que ocupan el subnivel electrónico 4f. En un principio,
sólo estos elementos con números atómicos 58 a 71 son lantánidos.
La-Lu
(número atómico desde 57 a 71)
Muchos químicos incluyen al lantano (La 57) en la serie, ya que tiene
propiedades similares a los lantánidos, pero no completa el subnivel
4f.
Tierras raras
(REE)
Tierras raras (lantánidos)
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
LREE
MREE
HREE
Peso atómico
LREE = Tierras raras ligeras (Light Rare Earth Elements)
MREE = Tierras raras intermedias (Middle Rare Earth Elements)
HREE = Tierras raras pesadas (Heavy Rare Earth Elements)
lantano, cerio, praseodimio,
neodimio, promecio, samario,
europio, gadolinio, terbio,
disprosio, holmio, erbio, tulio,
iterbio y lutecio
Todas las tierras raras tienen valencia 3+
Ce también tiene valencia 4+
Eu también tiene valencia 2+
1.5
Radio iónico
1.4
1.3
1.2
Eu 2+
La
Ce 3+
Contracción de
los lantánidos
Nd
Sm
1.1
Pr
1
Ce 4+
Eu 3+ Gd
Tb Dy
Ho Er Tm
Yb Lu
0.9
56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72
Número atómico
El radio iónico en las REE disminuye con el aumento del número
atómico de 1.15 °A en La (Z=57) a 0.93°A en Lu (Z=71).
Los elementos lantánidos se conocían originalmente como las
tierras raras debido a su presencia en las mezclas de óxidos. No
son elementos raros (a excepción del prometio, que sólo tiene isótopos
radiactivos) y su abundancia absoluta en la litósfera es
relativamente alta.
Las REE se encuentran en altas concentraciones en varios
minerales económicamente importantes tales como:
Bastaesnita (Ce, La)(CO3)F
Monacita (Ce, La, Nd, Th)PO4
Cerita ((Ca,Mg)2(Ce)8(SiO4)7.3H2O)
Xenotima YPO4
Gadolinita (Ce, La, Nd,Y)2FeBe2[O| SiO4]2
Las tierras raras también se encuentran como elementos
traza en minerales comunes formadores de rocas, en los
cuales reemplazan a los iones mayores.
Las REE pueden encontrarse en inclusiones de apatito,
zircón, alanita, y otros minerales accesorios.
Las REE no son muy solubles y tampoco son móviles
en soluciones acuosas (p.ej. durante eventos
metamórficos).
Minerales como feldespato, biotita, y apatito
generalmente tienden a concentrar las LREE (tierras
raras ligeras), mientras que los piroxenos, anfíboles y
granate, comúnmente concentran las HREE (tierras
raras pesadas).
El coeficiente de partición está definido por la
siguiente ecuación:
Kd= C mineral/ C líquido
C: concentración del elemento
Los elementos compatibles son concentrados en el sólido
Kd » 1
Los elementos incompatibles son concentrados en el líquido
Kd « 1
Kd= C mineral/ C líquido
C: concentración del elemento
Si Kd es >1, implica que el elemento traza tiene una
marcada preferencia por la fase mineral y recibe el
nombre de elemento compatible.
Si Kd es <1, implica que el elemento traza tiene
preferencia por la fase líquida y recibe el nombre de
elemento incompatible.
Rb
Sr
Ba
Ni
Cr
La
Ce
Nd
Sm
Eu
Dy
Er
Yb
Lu
Rare Earth Elements
Table 9-1. Partition Coefficients (CS/CL) for Some Commonly Used Trace
Elements in Basaltic and Andesitic Rocks
Olivine
0.010
0.014
0.010
14
0.70
0.007
0.006
0.006
0.007
0.007
0.013
0.026
0.049
0.045
Opx
0.022
0.040
0.013
5
10
0.03
0.02
0.03
0.05
0.05
0.15
0.23
0.34
0.42
Cpx
Garnet
0.031
0.042
0.060
0.012
0.026
0.023
7
0.955
34
1.345
0.056
0.001
0.092
0.007
0.230
0.026
0.445
0.102
0.474
0.243
0.582
1.940
0.583
4.700
0.542
6.167
0.506
6.950
Data from Rollinson (1993).
CS = concentración en el sólido; CL = concentración en el líquido
Plag
Amph Magnetite
0.071
0.29
1.830
0.46
0.23
0.42
0.01
6.8
29
0.01
2.00
7.4
0.148
0.544
2
0.082
0.843
2
0.055
1.340
2
0.039
1.804
1
0.1/1.5*
1.557
1
0.023
2.024
1
0.020
1.740
1.5
0.023
1.642
1.4
0.019
1.563
* Eu3+/Eu2+
Italics are estimated
Sin normalización, la distribución de las tierras raras tiene
una forma zig-zag. Pm (prometio) no existe como
elemento estable en la naturaleza, sólo tiene isótopos
radiactivos.
Eje Y: concentraciones normalizadas (aquí se usan condritas para la normalización).
En la corteza las LREE presentan concentraciones altas.
En las condiciones del manto, las HREE presentan
enriquecimientos relativos a los LREE.
• Anomalía negativa de Eu indica que la plagioclasa es:
– Un fenocristal fraccionado
o
– Un sólido residual en la fuente
Figure 9-5. REE diagram for 10%
batch melting of a hypothetical
lherzolite with 20% plagioclase,
resulting in a pronounced negative
Europium anomaly. From Winter
(2001) An Introduction to Igneous
and Metamorphic Petrology.
Prentice Hall.
Agua del mar tiene normalmente
una anomalía negativa de Ce (oxidación de Ce3+ Ce4+ y precipitación de Ce4+). Por otro lado, sedimentos oceánicos y nódulos de
manganeso tienen anomalías positivas de Ce.
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