Anche per quest'anno ho terminato il mio piccolo ciclo all'Università degli Adulti Anziani di Belluno con una breve lezione dedicata alle Terre Rare: un argomento vasto, complesso ed estremamente attuale.
Osserviamo il posto che già Mendeleev riservava a quelle a lui note nella prima stesura della Tavola periodica e poi chiediamoci che cosa siano queste terre rare e quale sia l'origine dei loro nomi, spesso legata alla Scandinavia, a Stoccolma e al piccolo villaggio minerario di Ytterby.
In merito, io ho cercato di proporre qualche ammiccamento agli aspetti storici, mineralogici e microbiologici, senza dimenticare da dove provengo (ossia da lontani studi di chimica, anche se amo ritenermi un farmacista mancato) e per questo ho concesso una breve digressione al samario e al reagente di Kagan.
Ovviamente, essendo il corso dedicato ai minerali, non potevo non mostrare qualche immagine dei principali minerali dai quali si ricavano questi elementi.
La crescente domanda di singoli lantanidi ad alto grado di purezza richiede lo sviluppo di strategie di separazione innovative ed eccezionalmente selettive. Al centro di questi sistemi di separazione c'è un composto organico che, in base alle sue caratteristiche strutturali, riconosce selettivamente i lantanidi più leggeri o più pesanti nella serie dei lantanidi trivalenti (Ln).
Un recente lavoro di Subhamay Pramanik e collaboratori sottolinea le implicazioni significative derivanti dalla modifica della configurazione del gruppo donatore all'interno di un legante tetradentato con atomi di azoto e di ossigeno come donatori e i cambiamenti nell'ambiente di solvatazione degli ioni nel processo di separazione degli Ln, con l'abilità unica di raggiungere la massima selettività nelle regioni Ln leggere, medie e pesanti.
La rigidità strutturale del legante bis-lattam-1,10-fenantrolina impone una selettività basata sulle dimensioni, mostrando un'affinità eccezionale per Ln con raggi ionici maggiori. La modifica del legante a bipiridina determina la rapida formazione di complessi con Ln leggeri, ma, nell'arco di ore, la selettività di picco si sposta verso Ln medi (come il samario), con conseguente separazione risolta nel tempo.
A basse concentrazioni di acido nitrico, il legante tetradentato neutro forma complessi con gli ioni trivalenti. Tuttavia, il cambiamento nel meccanismo di estrazione si osserva ad alte concentrazioni di acido nitrico, portando alla formazione e all'estrazione preferenziale di specie anioniche pesanti di Ln, che si autoassemblano con due leganti che hanno subito protonazione, formando intricate architetture supramolecolari.
Il legante tetradentato, strutturalmente bilanciato con motivi restrittivi e non restrittivi, dimostra una selettività unica e controllabile per Ln leggeri, medi e pesanti, sottolineando il ruolo fondamentale della solvatazione e delle interazioni ioniche all'interno della prima e della seconda sfera di coordinazione.
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