Terra-rara

04/09/12
Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre
Terra-rara
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As terras raras ou metais de terras raras são, de acordo com a classificação
da IUPAC, um grupo relativamente abundante de 17 elementos químicos, dos
quais 15 pertencem na tabela periódica dos elementos ao grupo dos lantanídeos
(elementos com número atómico entre Z=57 e Z=71, isto é do lantânio ao
lutécio), aos quais se juntam o escândio (Z=21) e o ítrio (Z=39), elementos que
ocorrem nos mesmos minérios e apresentam propriedade físico-químicas
semelhantes.[1]. As principais fontes económicas de terras raras são os minerais
monazite, bastnasite, xenótimo e loparite e as argilas lateríticas que absorvem iões.
Índice
Minério de terras raras com uma
moeda para comparação de tamanho.
1 Origem da designação e história
1.1 Etimologia dos elementos
1.2 História
2 Características e usos
3 Localização geográfica e comercialização
4 Grupo das terras raras
5 Notas
Origem da designação e história
Os elementos que constituem o grupo das terras raras foram inicialmente isolados sob a forma de óxidos, recebendo então
a designação de "terras", à época a denominação genérica dada aos óxidos da maioria dos elementos metálicos. Por
apresentarem propriedades muito similares, serem apenas conhecidos em minerais oriundos da Escandinávia e por serem de
difícil separação, foram considerados "raros", daí resultando a denominação "terras raras", ainda hoje utilizada, apesar
de alguns deles serem comparativamente abundantes na composição crostal da Terra.
Com exceção do lantânio, que por ser instável é muito raro, a abundância crustal dos elementos incluídos no grupo das
terras raras varia entre as 68 partes por milhão para o cério, o 25.º elemento mais abundante dos 78 elementos mais
comuns na crusta da Terra, e apenas 0,5 partes por milhão para o túlio e o lutécio, as terras raras menos abundantes.
Ainda assim, o elemento mais raro da série, o túlio, é mais abundante que metais como a prata e o mercúrio.
As terras raras foram pela primeira vez assinaladas aquando da descrição do mineral negro ytterbite (também conhecido
como gadolinite a partir de 1800), feita pelo militar e mineralogista Carl Axel Arrhenius no ano de 1787, a partir de uma
amostra recolhida numa pedreira das proximidades da localidade de Ytterby, na Suécia[2].
Etimologia dos elementos
Muitos dos elementos incluídos nas terras raras foram denominados em honra dos cientistas que os isolaram pela primeira
vez ou que descreveram as suas propriedades físico-químicas elementares, pela sua origem geográfica, por referência à
mitologia clássica greco-latina ou por neologismos latinizados ou helenizados.
Os elementos incluídos na categoria, e a respectiva etimologia, são os seguintes:
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Nome
Etimologia
Lantânio
do grego "lanthanon", escondido.
Cério
da deusa romana da fertilidade Ceres.
Praseodímio
do grego "praso", verde, e "didymos", gémeo.
Neodímio
do grego "neo", novo, e "didymos", gémeo.
Promécio
do titã Prometheus, que deu o fogo aos mortais.
Samário
em honra de Vasili Samarsky-Bykhovets, descobridor do mineral samarskite.
Európio
de Europa, o continente.
Gadolínio
em honra de Johan Gadolin (1760-1852), um dos primeiros investigadores das terras raras.
Térbio
de Ytterby, uma localidade da Suécia onde se localiza a pedreira partir de cujos minerais foi isolado.
Disprósio
do grego "dysprositos", difícil de obter.
Hólmio
de Holmia, a designação latinizada da cidade de Estocolmo, cidade natal de um dos seus
descobridores.
Érbio
de Ytterby, uma localidade da Suécia.
Túlio
a cidade mítica de Thule.
Itérbio
de Ytterby, uma localidade da Suécia onde se localiza a pedreira partir de cujos minerais foi isolado.
Lutécio
de Lutetia, o nome latino da cidade de Paris.
História
A partir de amostras do mineral ytterbite (gadolinite) enviadas por Carl Axel Arrhenius, o químico e mineralogista finlandês
Johan Gadolin, professor na Universidade de Turku, isolou um óxido desconhecido (uma terra na linguagem química da
época), a que deu o nome de ytteria, uma referência a Ytterby, a localidade onde se situa a pedreira onde o mineral fora
recolhido. A partir de 1800 a ytterbite passsou a ser conhecida por gadolinite, em honra de Johan Gadolin.
A partir da gadolinite, o químico Anders Gustav Ekeberg isolou o elemento químico berílio, mas não conseguiu reconhecer a
presença das terras raras, os outros elementos em que aquele minério é rico. Mais tarde, em 1803, um mineral recolhido
em Bastnäs, uma localidade próxima de Riddarhyttan, na Suécia, que se acreditava ser um mineral de ferro-tungsténio, foi
reanalisado por Jöns Jacob Berzelius e Wilhelm Hisinger, que obtiveram um óxido branco a que deram o nome de ceria,
depois identificado como um óxido de cério. Martin Heinrich Klaproth descobriu independentemente aquele óxido, dandolhe o nome de ochroia.
Asim, em 1803 eram conhecidos os óxidos de dois elementos pertencentes às terras raras: o ítrio e o cério. A partir deste
ponto, a semelhança nas propriedade químicas dos elementos que hoje integram o grupo fez com que demorasse cerca de
30 anos até que os investigadores pudessem determinar a presença de outros elementos naqueles óxidos, tal é a dificuldade
de separação.
Em 1839 Carl Gustav Mosander, um assistente de Berzelius, conseguiu separar o óxido então designado por ceria em dois
componentes, aquecendo-o um seu nitrato e dissolvendo o produto em ácido nítrico. Deu a designação de lanthana ao
óxido do sal solúvel que obteve, demorando três anos até conseguir separar o lanthana no seu didymia (gémeo) e em
lantânio puro. O didymia, não separável pelas técnicas usadas por Mosander, era ainda uma mistura de óxidos.
Em 1842 Mosander também separou o ytteria em três óxidos: ytteria pura, terbia e erbia (nomes derivados de Ytterby, a
localidade de onde o mineral original proviera). Ao elemento que dava origem a sais rosados Mosander deu o nome de
terbium; ao que produzia peróxidos amarelados erbium. Estavam assim isolados o térbio e o érbio, o que elevava o
número de terras raras conhecidas a seis: yttrium (ítrio), cerium (cério), lanthanium (lantânio), erbium (érbio), terbium
(térbio) e didymium (didímio), este último afinal uma mistura de dois elementos diferentes (praseodímio e neodímio).
Nils Johan Berlin e Marc Delafontaine conseguiram também separar o ytteria e encontraram as mesmas substâncias que
Mosander obtiverad, mas Berlin denominou (em 1860) a substância que produzia sais rosados como erbium e Delafontaine
designou a substância que produzia o peróxido amarelado como terbium. Esta confusão levou a várias identificações
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erradas, incluindo diversos casos de isolamento de novos elementos que depois se provou serem já conhecidos, tais como o
mosandrium de John Lawrence Smith, ou o philippium e decipium de Delafontaine.
As dificuldades impostas pelas semelhanças físico-químicas levaram a que durante mais três décadas não surgissem novos
isolamentos de elementos, sendo o didymium listado nas tabelas periódicas como um elemento químico com massa
molecular de 138. Em 1879 Delafontaine usou a então recém inventada técnica de espectroscopia de chama e descreveu
um espectro óptico complexo, com linhas de absorção que indicavam a presença de mais do que um elemento. Também em
1879, o químico francês Paul Émile Lecoq de Boisbaudran isolou um novo elemento pertencente ao grupo das terras raras,
o samarium (samário) a partir do mineral samarskite.
A partir de samaria, os óxidos de samarium, Paul Émile Lecoq de Boisbaudran isolou em 1886, resultado que foi
confirmando por Jean-Charles Galissard de Marignac, que obteve o mesmo elemento directamente da samarskite. A este
elemento deram o nome de gadolinium (gadolínio), em honra de Johan Gadolin, designando os seus óxidos como
gadolinia.
Análises espectroscópicas de amostras da samaria, ytteria e samarskite, realizadas por William Crookes, Lecoq de
Boisbaudran e Eugène-Anatole Demarçay entre 1886 e 1901, revelaram linhas espectrais que indicavam a presença de um
elemento desconhecido, que quando em 1901 foi isolado por cristalização fraccionada foi designado por europium
(európio).
A partir de 1839 surgiu uma terceira fonte de terras raras, um mineral similar à gadolinite, o uranotantalum, hoje
designado por samarskite. Este mineral foi inicialmente encontrado em Miass, no sul dos Montes Urais, sendo descrito pela
primeira vez por Gustave Rose. O químico russo R. Harmann postulou então que um novo elemento, o ilmenium (de
ilmenite, um mineral da região de Ilmen, nos Urais), deveria estar presente no mineral, mas Christian Wilhelm Blomstrand
(1826-1897), Jean-Charles Galissard de Marignac e Heinrich Rose apenas nele encontraram tântalo e nióbio.
Nos princípios do século XX, o exacto número de terras raras era pouco claro, estimando-se que pudesse atingir os 25
elementos. Apenas quando a utilização de raios x, aplicada ao estudo da difracção em cristais por Henry Moseley, permitiu
a determinação dos números atómicos se concluiu que o número de elementos químicos pertencentes aos lantanídios teria de
ser 15, estando ainda em falta o elemento com número atómico 61. Por outro lado, a utilização da difracção de raios x
permitiu proar que o hafnium (háfnio) não era uma terra rara e que o anúncio feito por Georges Urbain da descoberta do
elemento de número atómico 71 era incorrecto.
Características e usos
As formas elementares das terras raras são metais tipicamente macios, maleáveis e dúcteis, geralmente reactivos,
especialmente a temperaturas elevadas ou quando finamente divididos, com cores que variam de cinza escuro a prateado.
As principais fontes económicas de terras raras são os minerais bastnasite, monazite e loparite e as argilas lateríticas.
Apesar da sua abundância relativa elevada, os minerais de terras raras são mais difíceis de minerar e de extrair do que fontes
equivalentes de metais de transição, devido em parte às suas semelhanças químicas. Esta dificuldade torna os metais de
terras raras relativamente caros, pelo que o seu uso industrial foi limitado até serem desenvolvidas técnicas de separação de
alto rendimento, tais como a troca iónica, cristalização fraccional e extracção líquido-líquido nas décadas de 1950 e de
1960[3].
As propriedades químicas e físicas das terras raras são utilizadas numa grande variedade de aplicações tecnológicas, que
vão desde a constituição de catalisadores à produção de materiais luminescentes e de magnetos. Os metais de terras raras
estão incorporados em aplicações como os supercondutores, magnetos miniaturizados, catalisadores utilizados em refinação
de produtos diversos e componentes para carros híbridos[4]. Iões de terras raras são utilizados como os átomos activos em
materiais luminescentes usados em aplicações de optoelectrónica, com destaque para o laser Nd:YAG. Foram também
extensivamente utilizados como dopantes em tubos de raios catódicos para televisores e computadores.
A determinação da concentração relativa de terras raras é usada em Geologia para a determinação da fonte dos magmas
que constituem as rochas ígneas e para a datação de alguns minerais, entre os quais as granadas, através da abundância
relativas do par neodímio/samário.
Localização geográfica e comercialização
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É estimado que cerca de 97% das terras-raras estejam localizadas na Ásia, especialmente na China, que detém 2/3 das
reservas globais e 87% do total comercializado no mundo.[5] Com praticamete o monopólio chinês das terras-raras, o preço
desses commodities se valorizou muito no mercado mundial.[5]
Grupo das terras raras
As terras raras ocupam a seguinte posição na tabela periódica dos elementos:
1
H
3 4
Li Be
11 12
Na Mg
19 20 21
K Ca Sc
37 38 39
Rb Sr Y
5
B
13
Al
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In
6
C
14
Si
32
Ge
7
N
15
P
33
As
8
O
16
S
34
Se
9
F
17
Cl
35
Br
2
He
10
Ne
18
Ar
36
Kr
50 51 52 53 54
Sn Sb Te I Xe
55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Cs Ba La Ce Pr Nd PmSm Eu Gd Tb DyHo Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu AmCmBk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup UuhUus Uuo
O grupo das terras raras inclui os seguintes elementos químicos:
Lantânio
Cério
Praseodímio
Neodímio
Promécio
Samário
Európio
Gadolínio
Térbio
Disprósio
Hólmio
Érbio
Túlio
Itérbio
Lutécio
Escândio
Ítrio
Notas
1. ↑ In: Edited by N G Connelly and T Damhus (with R M Hartshorn and A T Hutton). Nomenclature of Inorganic Chemistry:
IUPAC Recommendations 2005 (http://www.iupac.org/publications/books/rbook/Red_Book_2005.pdf) . Cambridge: RSC
Publ., 2005. ISBN 0-85404-438-8. Página visitada em 2007-12-17.
2. ↑ (1987) "1787-1987 Two hundred Years of Rare Earths". Rare Earth Information Center, IPRT, North-Holland IS-RIC
10.
3. ↑ Spedding F, Daane AH: "The Rare Earths", John Wiley & Sons, Inc., 1961
4. ↑ Haxel G, Hedrick J, Orris J. 2006. Rare earth elements critical resources for high technology. Reston (VA): United States
Geological Survey. USGS Fact Sheet: 087‐02. (http://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/fs087-02.pdf) . Página visitada em
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2008-04-19.
5. ↑ a b Sílvia Salek (16/05/2011). Megainvestimento da Foxconn pode aumentar dependência brasileira da China
(http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2011/04/110416_silvia_xian2.shtml) . BBC Brasil. Página visitada em
16/04/2011.
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