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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

 

 

 

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