Lantanídeos
No final do século
XVIII,
descobriu-se na Suécia uma série de minerais, denominada terras
raras, que compreendiam elementos químicos de características
peculiares. A estrutura atômica desses elementos, depois chamados de
lantanídeos, foi explicada após a descoberta do conceito de
orbitais.
Lantanídeos, lantânios
ou terras-raras são os elementos químicos da família que compreende
o escândio (Sc), de um número atômico 21; o ítrio (Y) de número
atômico 39, e a série de 15 elementos encabeçados pelo lantânio (La),
de números atômicos entre 57 e 71. O fato de suas propriedades
físicas e químicas serem semelhantes às do lantânio justifica o nome
lantanídeos com que são designados. Integram ainda essa família:
cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), promécio (Pm), samário
(Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy),
hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb) e lutécio (Lu).
Embora chamados
terras-raras, os lantanídeos, na verdade, não são escassos na
natureza. Calcula-se que a crosta terrestre seja formada por 0,02%
de lantanídeos e 0,00002% de prata, que tem, portanto, ocorrência
mil vezes menor que os lantanídeos.
O súbito resfriamento
de rochas fundidas e soluções aquosas superaquecidas sob a ação de
pressões elevadas produzem, com freqüência, minerais com mais de
cinqüenta por cento de terras-raras. A composição e a presença
desses minerais no subsolo fornecem aos geofísicos uma importante
fonte de dados para a determinação dos processos geológicos. A
relativa abundância de lantanídeos na Lua também é de grande
importância para o estudo da formação e evolução do satélite. Além
disso, o conhecimento da proporção desses elementos nos meteoritos
torna-se indispensável na elaboração de teorias sobre a origem do
universo e sobre a criação dos elementos químicos.
Estrutura atômica:
O envoltório exterior
dos átomos, em que os elétrons circulam em diferentes orbitais ou
níveis de energia, apresenta vários tipos de distribuição. Existem
quatro tipos de orbitais: s, p, d e f,
que admitem, respectivamente, o máximo de dois, seis, dez a catorze
elétrons, agrupados em pares. Os lantanídeos caracterizam-se pelo
fato de que seus elétrons apresentam um orbital f no quarto
nível de energia. Essa disposição eletrônica explica a maioria das
propriedades físicas e químicas desses elementos.
Os lantanídeos
comportam-se como elementos trivalentes por possuírem três elétrons
nos níveis mais externos dos átomos que participam em ligações de
valência. Devido a sua estrutura, todos têm propriedades
semelhantes. O cério, o praseodímio e o térbio existem também no
estado valente. O samário, o európio e o itérbio formam compostos
divalentes, facilmente oxidáveis.
Descoberta e obtenção:
As primeiras terras
raras foram descobertas graças às pesquisas feitas em 1794 por Johan
Gadolin, quando investigava o minério iterbita, encontrado em
Ytterby, na Suécia, em 1788. Mais tarde, ao pesquisar a cerita, Jöns
Jacob Berzelius supôs ter descoberto um elemento, que seria a terra
de cerita. Entre 1839 e 1843, Carl Gustav, Mosander, colaborador e
discípulo de Berzelius, conseguiu desagregar tanto a terra ítria,
por desagregação, deu origem aos óxidos de térbio, de érbio e do
próprio ítrio.
Em 1789, o francês
Paul-Émile Lecoq de Boisdran separou, por precipitação, o samário do
didímio. Em 1880, o sueco Per Teodor Cleve conseguiu desdobrar o
óxido de érbio nos óxidos de túlio, de hólmio e de érbio
propriamente dito. Cinco anos depois, o austríaco Karl Auer, barão
Von Welsbach, separou também do didímio, os óxidos de praseodímio e
de neodímio, com base em métodos de diferenças de solubilidade e
basicidade. Trabalhos posteriores levaram outros pesquisadores à
descoberta dos lantanídeos restantes.
A história das
terras-raras aponta para a dificuldade de separação dos diversos
elementos por meio de processos químicos. O desenvolvimento de
procedimentos radioativos e dos métodos de espectroscopia de massa,
baseados na separação de átomos em função de seu peso, fornecem um
meio eficaz para a determinação da abundância relativa de cada um
desses elementos, mesmo quando presentes em quantidades extremamente
relativas.
Propriedades e aplicações:
Os lantanídeos, quando
puros, são brilhantes e de coloração prateada. Possuem em alguns
casos uma atividade química tão acentuada que em contato com o
oxigênio do ar reduzem a pó em poucos dias. Suas propriedades
físicas e químicas variam significativamente quando as substâncias
derivadas das terras-raras apresentam impurezas quando combinam com
outros elementos, principalmente no que se refere a seus pontos de
fusão e ebulição.
O lantanídeo que
apresenta aplicação mais difundida é o cério, utilizado na
preparação de ligas pirofóricas para isqueiros, dispositivos de
iluminação a gás e na fabricação de vidros especiais que absorvem as
radiações térmicas e ultravioleta. Entre os outros elementos, o
gadolínio forma um óxido que é usado como substância fluorescente
nos tubos de televisão a cores. O óxido de térbio também é usado nos
tubos de televisores em cores, para dar fluorescência verde.
Propriedades físicas e químicas dos lantanídeos
|
Nome |
Símbolo atômico |
Peso atômico |
Ponto de
fusão (º C) |
Ponto de
ebulição (º C) |
Densidade
25º C (g/cm3) |
Configuração
eletrônica |
Cério |
58 |
140,12 |
799 |
3.426 |
6,672 |
(Xe)4f26s2 |
Praseodímio |
59 |
140,407 |
931 |
3.512 |
6,773 |
(Xe)4f36s2 |
Neodímio |
60 |
144,24 |
1.021 |
3.068 |
7,007 |
(Xe)4f46s2 |
Promécio |
61 |
(145)* |
1.168 |
2.700 |
7,264 |
(Xe)4f56s2 |
Samário |
62 |
150,35 |
1.077 |
1.791 |
7,520 |
(Xe)4f66s2 |
Európio |
63 |
151,96 |
822 |
1.597 |
5,2434 |
(Xe)4f76s2 |
Gadolínio |
64 |
157,25 |
1.313 |
3.266 |
7,9004 |
(Xe)4f75d16s2 |
Térbio |
65 |
158,8254 |
1.356 |
3.123 |
8,2294 |
(Xe)4f96s2 |
Disprósio |
66 |
162,5 |
1.412 |
2.262 |
8,5500 |
(Xe)4f106s2 |
Hólmio |
67 |
164,93 |
1.474 |
2.695 |
8,7947 |
(Xe)4f116s2 |
Érbio |
68 |
167,26 |
1.529 |
2.863 |
9,006 |
(Xe)4f126s2 |
Túlio |
69 |
168,934 |
1.545 |
1.947 |
9,3208 |
(Xe)4f136s2 |
Itérbio |
70 |
173,04 |
819 |
1.194 |
6,9654 |
(Xe)4f146s2 |
Lutécio |
71 |
174,97 |
1.663 |
3.395 |
9,8404 |
(Xe)4f145d16s2 |