Terra-rara
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04/09/12 Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre Terra-rara Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. (Redirecionado de Terras raras) 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: pt.wikipedia.org/wiki/Terras_raras 1/5 04/09/12 Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre 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 pt.wikipedia.org/wiki/Terras_raras 2/5 04/09/12 Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre 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 pt.wikipedia.org/wiki/Terras_raras 3/5 04/09/12 Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre 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 pt.wikipedia.org/wiki/Terras_raras 4/5 04/09/12 Terra-rara – Wikipédia, a enciclopédia livre 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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