Lantanídeos, Lantânios ou Terras-Raras
Lantanídeos, lantânios ou terras-raras são os elementos químicos de uma família que compreende o escândio (Sc), de 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 de 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).
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 lantanídeos, foi exaustivamente pesquisada, e a variabilidade de suas propriedades só foi explicada após a descoberta do conceito de orbitais.
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 do que os lantanídeos.
O súbito resfriamento de rochas fundidas e soluções aquosas superaquecidas sob a ação de pressões elevadas produz, com frequência, minerais com mais de cinquenta 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 interesse 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 eletrônica - 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 e
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
tetravalente. 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 ytterbita, 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 de ítria, quanto a terra de cerita. Extraiu da última os
óxidos de cério, de lantânio e de didímio. A terra de ítria, por
desagregação, deu origem aos óxidos de térbio, de érbio e do próprio
ítrio.
Em 1879, o francês Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran 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 da descoberta 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 reduzidas.
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 se reduzem a pó em
poucos dias. Suas propriedades físicas e químicas variam
significativamente quando as substâncias derivadas das terras-raras
apresentam impurezas ou quando se 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.
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