Del lantano al lutecio: quince elementos con aplicaciones en imanes, vidrios y tecnología. Aprende a distinguir sus propiedades y practica con ejemplos resueltos.
Qué son los lantánidos
Los lantánidos son los quince elementos del lantano (La, Z = 57) al lutecio (Lu, Z = 71). Pertenecen al período 6. Suelen dibujarse en una fila separada para que la tabla periódica ocupe menos ancho.
Son metales con propiedades químicas parecidas, especialmente en el estado de oxidación +III. La serie está relacionada con el llenado de los orbitales 4f, pero las configuraciones de los átomos neutros presentan excepciones. No todos tienen un electrón 4f como «último electrón» ni son un grupo vertical de quince casillas.
Las tierras raras comprenden los lantánidos, el escandio y el itrio. Los actínidos, que suelen aparecer debajo, forman otra serie y no se incluyen en esa definición. «Raras» tampoco equivale a inexistentes: varios lantánidos son relativamente abundantes, aunque separarlos entre sí es difícil. Definición y minerales · USGS.
Lista de los 15 lantánidos y sus propiedades
Los quince lantánidos, de La a Lu
Elemento
Z
Estados de oxidación frecuentes
Configuración del átomo neutro
Lantano (La)
57
+3
[Xe] 5d¹ 6s²
Cerio (Ce)
58
+3, +4
[Xe] 4f¹ 5d¹ 6s²
Praseodimio (Pr)
59
+3, +4
[Xe] 4f³ 6s²
Neodimio (Nd)
60
+3
[Xe] 4f⁴ 6s²
Prometio (Pm)
61
+3
[Xe] 4f⁵ 6s²
Samario (Sm)
62
+2, +3
[Xe] 4f⁶ 6s²
Europio (Eu)
63
+2, +3
[Xe] 4f⁷ 6s²
Gadolinio (Gd)
64
+3
[Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
Terbio (Tb)
65
+3, +4
[Xe] 4f⁹ 6s²
Disprosio (Dy)
66
+3
[Xe] 4f¹⁰ 6s²
Holmio (Ho)
67
+3
[Xe] 4f¹¹ 6s²
Erbio (Er)
68
+3
[Xe] 4f¹² 6s²
Tulio (Tm)
69
+2, +3
[Xe] 4f¹³ 6s²
Iterbio (Yb)
70
+2, +3
[Xe] 4f¹⁴ 6s²
Lutecio (Lu)
71
+3
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²
Z es el número de protones; un átomo neutro tiene igual número de electrones. Los estados de oxidación son valores formales en compuestos, no una lista de todas las situaciones posibles. Todos estos elementos son sólidos a 20 °C.
Propiedades físicas de referencia · RSC
Elemento
Masa atómica relativa
Densidad (g/cm³)
Fusión (°C)
Ebullición (°C)
La
138,905
6,15
920
3464
Ce
140,116
6,77
799
3443
Pr
140,908
6,77
931
3520
Nd
144,242
7,01
1016
3074
Pm
[145]
7,26
1042
3000
Sm
150,36
7,52
1072
1794
Eu
151,964
5,24
822
1529
Gd
157,25
7,90
1313
3273
Tb
158,925
8,23
1359
3230
Dy
162,500
8,55
1412
2567
Ho
164,930
8,80
1472
2700
Er
167,259
9,07
1529
2868
Tm
168,934
9,32
1545
1950
Yb
173,045
6,90
824
1196
Lu
174,967
9,84
1663
3402
Las densidades corresponden al sólido a temperatura ambiente; las temperaturas de cambio de fase son valores de referencia a presión atmosférica. Los datos pueden variar con la forma cristalina y las condiciones. La masa atómica relativa no lleva unidad; la masa molar se expresa en g/mol. [145] para Pm indica un número másico de referencia, porque el elemento no tiene masa atómica estándar. Cada ficha enlaza la fuente de sus datos.
15 ejemplos con aplicaciones
1. Lantano (La): vidrios ópticos y aleaciones
El lantano es un metal blando de aspecto plateado que se empaña rápidamente al aire. Aparece combinado en minerales como monacita y bastnasita; La₂O₃ es su óxido, no el nombre de esos minerales. El óxido de lantano(III) mejora propiedades de vidrios ópticos empleados en lentes. El lantano también interviene en aleaciones para almacenar hidrógeno y en baterías de níquel e hidruro metálico. Compuestos con lantano se han usado en iluminación de arco para estudios y proyección cinematográfica: no significa que todos los proyectores o anteojos lo contengan.
El cerio es un metal gris que se oxida con facilidad. Es el lantánido más abundante en la corteza terrestre y se obtiene de minerales como monacita y bastnasita. Sus estados +III y +IV permiten reacciones de oxidación-reducción: en la cerimetría, una disolución valorada de cerio(IV) sirve para determinar sustancias reductoras. También tiene aplicaciones en vidrios, catalizadores, pantallas e iluminación. El cerio natural no debe describirse como si todo él procediera de la desintegración de uranio, torio o plutonio: algunos isótopos de cerio se generan en procesos de fisión, pero eso no define al elemento.
3. Praseodimio (Pr): vidrios coloreados y aleaciones
El praseodimio es un metal plateado, blando y reactivo al aire; no conserva indefinidamente una superficie recién cortada. El estado +III es habitual y también existe +IV. Sus sales se utilizan para dar color amarillo a vidrios, esmaltes y vidriados. Junto con el neodimio forma parte del vidrio de didimio, usado en gafas para trabajos con vidrio. También interviene en aleaciones magnéticas, aleaciones con magnesio y electrodos de arco para iluminación. Pr₂O₃ es un óxido de praseodimio(III); no se puede deducir que una película superficial tenga solo esa composición por su color.
El neodimio es plateado y se empaña rápidamente en contacto con el aire. Su ejemplo más conocido son los imanes de neodimio, hierro y boro: son materiales con varios elementos, no bloques de neodimio puro. Aparece además en mischmetal, una aleación de tierras raras de composición variable. Sus compuestos colorean vidrio y se emplean en materiales láser; junto con Pr participa en vidrio de didimio. Sus espectros permiten identificar absorciones características. Nd₂O₃ es su óxido de estado +III.
5. Prometio (Pm): un lantánido sin isótopos estables
Todos los isótopos del prometio son radiactivos. Existe en cantidades naturales ínfimas, insuficientes para un yacimiento explotable; para estudiarlo se produce mediante procesos nucleares. Pm-147 tiene un período de semidesintegración de unos 2,62 años. Se ha empleado en baterías nucleares y dispositivos de medición, y en fuentes de rayos X que aprovechan procesos asociados a su radiación. Estas aplicaciones dependen del radioisótopo y del dispositivo. [145] en la tabla señala un número másico de referencia, no una masa atómica estándar de 145 g/mol.
Los imanes de samario y cobalto conservan buenas propiedades magnéticas a temperaturas elevadas. Los compuestos de samario también se emplean en vidrio que absorbe infrarrojo y en cerámica; el elemento puede absorber neutrones. Su estado +III es frecuente y también presenta +II. El samario natural contiene varios isótopos: algunos, como Sm-147 y Sm-148, son radiactivos de vida muy larga. No todos sus átomos son emisores alfa, ni el brillo de una muestra permite saber qué isótopos contiene.
7. Europio (Eu): luminiscencia y absorción de neutrones
El europio es un metal blando y muy reactivo, que se empaña rápidamente y reacciona con agua. Presenta +II y +III; EuO y Eu₂O₃ ilustran estas dos proporciones con oxígeno. Compuestos de europio aportan luminiscencia en materiales de iluminación y en tintas de seguridad: la luz emitida depende del ion y del material que lo aloja. También absorbe neutrones. En un reactor, ese efecto modifica la reacción nuclear en cadena, no una supuesta reactividad química del combustible. Su bajo punto de ebullición no lo convierte en un gas a temperatura ambiente.
8. Gadolinio (Gd): materiales magnéticos y control de neutrones
El gadolinio es un metal plateado que reacciona con oxígeno y agua. Gd₂O₃ se llama óxido de gadolinio o gadolinia; no debe confundirse con el mineral gadolinita. El gadolinio absorbe muy eficazmente neutrones y se usa en materiales de control de reactores. También interviene en aleaciones magnéticas, componentes electrónicos y ciertos discos de almacenamiento de datos. Estas aplicaciones no permiten afirmar que todos los discos compactos contengan Gd. Sus propiedades magnéticas tampoco equivalen a superconductividad: un imán no es necesariamente un superconductor.
9. Terbio (Tb): dispositivos luminosos y magnetostricción
El terbio es un metal plateado, blando y maleable; puede oxidarse al aire. Se encuentra combinado con otras tierras raras en minerales. Además de +III presenta +IV, de modo que no se describe bien con un único estado +IV. Sus compuestos se usan en materiales luminiscentes y dispositivos de estado sólido. Una aleación de terbio, disprosio y hierro cambia ligeramente de longitud al aplicar un campo magnético: es magnetostricción. Ese cambio puede aprovecharse para producir vibraciones, por ejemplo en dispositivos de sonido.
10. Disprosio (Dy): imanes que trabajan a temperaturas elevadas
El disprosio es plateado y reactivo al aire y al agua. Se incorpora a determinadas aleaciones de imanes basados en neodimio para mejorar su resistencia a perder magnetización a temperaturas altas. Hay aplicaciones en motores y generadores. También se utiliza en materiales que absorben neutrones, como compuestos cerámico-metálicos de óxido de disprosio y níquel para control nuclear. Dy₂O₃ es un óxido de disprosio(III); no indica que el metal libre sea un constituyente ordinario de las rocas.
El holmio es un metal plateado que aparece en pequeñas proporciones en minerales de tierras raras. Su química habitual se describe con +III, por ejemplo en Ho₂O₃. Puede absorber neutrones y se utiliza en algunos materiales de control nuclear y aleaciones magnéticas. Sus usos son especializados, pero no todos están pendientes de una aplicación futura. La intensidad del magnetismo depende del material y de las condiciones; no se deduce de una fotografía.
El erbio se encuentra combinado en minerales; un mineral que contiene erbio no es erbio metálico puro. Se oxida lentamente al aire. Sus iones en vidrio dan tonalidades rosadas y permiten amplificar señales en fibras ópticas. En algunas aleaciones, por ejemplo con vanadio, reduce la dureza y mejora la facilidad de trabajo. El erbio natural contiene isótopos estables: no es correcto clasificar todo el elemento como radiactivo ni justificar por ello todos sus usos. Er₂O₃ contiene erbio en +III.
El tulio es un metal plateado, blando, maleable y conductor. Es poco abundante, pero no se debe decir que es más escaso que el prometio natural. Aparece en minerales de tierras raras, como la monacita, y su concentración varía según el depósito. Tm₂O₃ es su óxido de estado +III; también existe química de Tm(+II). Los láseres con tulio y las fuentes de rayos X basadas en un radioisótopo de tulio son tecnologías diferentes: la emisión láser no implica por sí misma desintegración radiactiva.
14. Iterbio (Yb): láseres, aleaciones y dos estados de oxidación
El iterbio es un metal blando y plateado que se oxida lentamente al aire. Forma compuestos en +II y +III; Yb₂O₃ contiene Yb(+III). En medio ácido, el óxido puede dar sales de iterbio(III). El ion Yb³⁺ tiene configuración 4f¹³ y comportamiento paramagnético; Yb²⁺ tiene 4f¹⁴. La existencia de +II permite algunas comparaciones con compuestos de metales alcalinotérreos, pero no hace idéntica toda su química. Entre sus aplicaciones están aleaciones, dispositivos de memoria y láseres ajustables.
El lutecio es el último lantánido por número atómico y un metal plateado, duro y denso. Se obtiene de minerales como la monacita mediante separaciones difíciles; no existe un rendimiento universal de gramos por kilogramo para cualquier mineral. Su densidad es la mayor de los quince valores de esta tabla. Tiene usos especializados, entre ellos catálisis del craqueo de hidrocarburos. El lutecio natural contiene principalmente Lu-175, estable, y una fracción de Lu-176, radiactivo de vida muy larga. Por eso no es equivalente al prometio, que carece de isótopos estables.
Si se consumen 20,0 mL de una disolución valorada de Ce(IV) 0,0100 mol/L, reaccionan 0,000200 mol de Fe(II), suponiendo reacción completa, blanco corregido y ausencia de otros reductores.
Esos son moles de Fe(II), no su concentración: para calcularla hace falta el volumen de la muestra.
Compara caras planas, grietas, poros y estrías. Estas diferencias de aspecto no bastan para identificar un elemento, su pureza ni su radiactividad: la identificación química necesita información analítica.
Pequeños bloques grises apilados, con caras brillantes y rugosas.Fragmento de superficie plateada dentro de un recipiente transparente.Tres fragmentos irregulares brillantes en un recipiente transparente.Fragmento gris oscuro con caras rugosas y grietas.Fragmento irregular brillante con reflejos verdosos.Dos fragmentos grises con estrías y superficies curvas.Fragmento brillante con surcos paralelos dentro de un recipiente.Bloque oscuro con superficie porosa y zonas claras.Fragmento gris claro con caras estriadas y parte superior irregular.Fragmento alargado plateado con planos y estrías longitudinales.Primer plano de una superficie brillante con relieves entrelazados.Bloque gris con cara superior brillante y estriada.Un cubo gris junto a cuatro fragmentos irregulares.Fragmento brillante con reflejos dorados dentro de un tubo.Bloque plateado con caras planas y una esquina irregular.
Errores frecuentes
Incluir a los actínidos entre las tierras raras. La definición usada aquí es La–Lu, más Sc e Y.
Creer que todos tienen la misma configuración. La, Ce, Gd y Lu muestran por qué conviene leer cada configuración.
Dar +III como único estado posible. Ce y Tb también presentan +IV; Eu, Sm y Yb tienen química de +II.
Confundir un mineral con metal puro. Monacita es un mineral; La₂O₃ es un óxido y La es el símbolo del elemento.
Llamar radiactivos a todos los lantánidos. Pm no tiene isótopos estables; Er tiene isótopos estables y Sm y Lu presentan mezclas isotópicas naturales con componentes radiactivos.
Confundir magnetismo, luminiscencia y superconductividad. Son propiedades diferentes; una aplicación no demuestra automáticamente las otras.
Atribuir un elemento a una foto por su brillo. La composición no se determina solo por apariencia.
Escribir g/mol junto a una masa atómica relativa. Son magnitudes diferentes; además, el número másico entre corchetes identifica un isótopo de referencia.
Ocho ejercicios para practicar
1. ¿Son lantánidos Y y U?
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No. Y es itrio y se incluye entre las tierras raras, pero no es lantánido. U es uranio, un actínido.
2. ¿Cuántos electrones tiene Nd³⁺ si Z = 60?
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57 electrones: 60 − 3. Conserva 60 protones.
3. Formula el óxido con Gd(+III) y O(−II).
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Gd₂O₃: 2(+3) + 3(−2) = 0.
4. ¿Qué oxidación tiene el Ce en CeO₂?
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+IV: x + 2(−2) = 0.
5. ¿Cuántos moles de Fe(II) reaccionan con 15,0 mL de Ce(IV) 0,0200 mol/L?
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0,000300 mol = 0,300 mmol, porque 0,0150 L × 0,0200 mol/L = 0,000300 mol y la relación es 1:1.
6. ¿Cuántos neutrones tiene Lu-175, con Z = 71?
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104: 175 − 71 = 104.
7. ¿Cuál es la masa de 5,00 cm³ de lantano compacto, usando 6,15 g/cm³?
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30,8 g, redondeados a tres cifras significativas: 6,15 × 5,00 = 30,75 g.
8. ¿Qué fracción de Pm-147 queda tras tres períodos de semidesintegración?
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1/8 del número inicial de átomos de Pm-147. Tres períodos equivalen aproximadamente a 7,86 años.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Ejemplos y ejercicios de Editorial Ejemplode. Datos elementales de RSC; definición de tierras raras de USGS y fuentes específicas para isótopos y valoración.
