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I metalli del futuro: Le terre rare nei beni culturali

Oggi parleremo di 17 misteriosi elementi, dal nome ostico, che abbiamo sempre tra le mani: basti pensare che qualsiasi strumento tecnologico, dal nostro computer e cellulare all’ automobile, contiene circa lo 0,1-5 per cento in peso di questi elementi! Si tratta delle cosiddette terre rare (in inglese "rare-earth elements”, REE), nominate così perché presenti in natura in concentrazione minore rispetto ad altri elementi, ma di primaria importanza nell’industria militare, aerospaziale ed elettronica, per la produzione di energia nucleare, superconduttori per alte temperature, cavi di fibre ottiche a larghissima banda. 
Scoperte durante il XVIII e il XIX secolo, dal 1990 le terre rare vengono estratte e prodotte in maniera quasi esclusiva dalla Cina, la quale ha affermato così il suo ruolo di superpotenza mondiale, da cui dipendono tutti i paesi occidentali. 

Da un punto di vista chimico, le REE rappresentano i cosiddetti lantanoidi della tavola periodica (a cui si aggiungono scandio e ittrio) ed hanno tutte le proprietà dei metalli, di cui fanno parte: lucentezza, color argenteo, malleabilità, duttilità e reattività e una struttura elettronica che, una volta raffinati, gli conferisce proprietà magnetiche, ottiche, luminescenti ed elettrochimiche uniche, migliorando l’efficienza e le prestazioni nelle applicazioni industriali. 
In base al loro peso atomico, dal lantanio (La) con numero atomico 57, al lutezio (Lu) con numero atomico 71, questi elementi sono suddivisi in terre rare leggere (LREE) e pesanti (HREE), le prime più abbondanti delle altre. In natura si trovano in concentrazioni di pochi ppm in minerali come alogenuri, carbonati, ossidi, fosfati e silicati, in particolare nella bastnäsite, monazite e xenotime. 
Tuttavia, anche in questo caso non mancano le criticità legate all’approvvigionamento e alla loro estrazione: le REE, infatti, devono essere raffinate con solventi chimici costosi e dannosi per l’uomo e per l’ambiente. 

 Ma, noto l’uso comune delle terre rare nella nostra vita, perché studiarle nella diagnostica applicata ai beni culturali? 
Se ricordate, abbiamo già parlato delle terre rare in un articolo, in merito agli studi di provenienza delle ossidiane. Infatti, è possibile risalire all’origine di alcune tipologie di manufatti, confrontando l’andamento, le concentrazioni normalizzate e eventuali anomalie positive e negative degli elementi in traccia ottenute dai reperti incogniti con altri di provenienza nota. 
Tuttavia, l’utilizzo delle terre rare non si limita agli studi di provenienza: alcuni ricercatori del CNRS francese (Centre National de la Recherche Scientifique), del MNHN di Parigi (Musée National d'Histoire Naturelle) e del Sincrotrone SOLEIL, hanno collaudato un nuovo metodo non distruttivo per studiare i fossili mediante l’utilizzo delle terre rare. Infatti, durante la fossilizzazione questi elementi vengono assimilati differentemente, in concentrazioni che variano da 1 a 1000 microgrammi per grammo di materia, a seconda del tipo di tessuto. Questa fissazione preferenziale permette di discriminare le parti anatomiche di un fossile, altrimenti di difficile distinzione. Effettuando analisi di imaging di fluorescenza a raggi x rapida sotto raggi di sincrotrone, è possibile osservare un netto contrasto dei differenti elementi chimici secondo i tipi di tessuti di fossili. 
Un’altra interessante applicazione delle terre rare nel campo dei beni culturali è stata sviluppata nell’ambito del Progetto Europeo PANNA (Plasma And Nano for New Age soft conservation) con l’obiettivo di realizzare un metodo di marcatura ottica per le opere d’arte antiche, moderne e contemporanee, basato su un codice ottico ottenuto depositando un film di nanoparticelle luminescenti (nanofosfori) d’Ittria (Y2O3) drogata con terre rare sulla superficie dell’opera, mediante la tecnica del plasma atmosferico. Date le loro caratteristiche ottiche, i nanofosfori a base di terre rare sono perfetti per questo scopo, in quanto emettono picchi di fluorescenza stretti e caratteristici, facilmente identificabili. 
Possiamo considerare, dunque, le terre rare i metalli del futuro anche nell’ambito dei beni culturali? 

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