🎯 Terras-Raras

Em poucas palavras

Grupo de 17 elementos químicos — os 15 lantanídeos, do lantânio ao lutécio, mais o escândio e o ítrio — de comportamento químico quase idêntico, cujas propriedades magnéticas, ópticas e catalíticas os tornam insumo de ímãs permanentes, lasers, telas e catalisadores. O “raro” não vem da escassez, e sim da dificuldade de encontrá-los concentrados e de separá-los uns dos outros.


📝 Notas e Desenvolvimento

O nome e a descoberta

  • “Terras” era o nome antigo dos óxidos: os elementos foram isolados primeiro nessa forma, que é também como aparecem nos minerais.
  • “Raras” porque, de início, só eram conhecidos em minerais da Escandinávia e quase não se deixavam separar. Não são escassos — o cério é mais abundante na crosta terrestre que o cobre —, mas aparecem dispersos, em baixa concentração, e obter material puro exige processar muito minério.
  • 1787: Carl Axel Arrhenius encontra um mineral escuro numa pedreira de Ytterby, na Suécia; a análise de Johan Gadolin revela nele um óxido novo, a ítria. A vila dá nome a quatro elementos (ítrio, térbio, érbio e itérbio), e Gadolin, ao gadolínio.
  • 1803: Berzelius e Hisinger (e, de forma independente, Klaproth) obtêm a céria.
  • 1839–1842: Mosander separa da céria e da ítria o lantânio, o térbio, o érbio e o “didímio” — que depois se revelaria uma mistura de praseodímio e neodímio.
  • 1879–1901: samário, gadolínio e európio são identificados por espectroscopia e cristalização fracionada. Os raios X de Moseley fecham a série dos lantanídeos em 15 elementos.
  • 1945: o promécio, último do grupo, é obtido artificialmente; praticamente não ocorre na natureza.

Química

  • São metais macios, maleáveis e prateados, que formam sobretudo óxidos trivalentes (o cério é a principal exceção, com CeO₂).
  • Nos lantanídeos, os elétrons vão sendo acrescentados à camada 4f, interna, que pouco participa das ligações. Por isso os elementos reagem de modo quase igual — e por isso separá-los é tão difícil. Os mesmos elétrons 4f respondem pelo magnetismo intenso de vários deles e pela luminescência em cores bem definidas, base da maioria das aplicações. Escândio, ítrio e lutécio não têm elétrons f de valência.
  • Contração lantanídica: o raio iônico diminui mais que o esperado ao longo da série. É essa pequena diferença que separa os elementos na natureza e que os processos industriais exploram.
  • A separação em escala industrial só ficou viável no fim da década de 1950 e início da de 1960, com troca iônica, cristalização fracionada e extração líquido-líquido.

Leves e pesadas

GrupoElementosObservação
Leveslantânio a promécio (Z 57–61)mais abundantes; inclui o neodímio e o praseodímio dos ímãs
Pesadassamário a lutécio (Z 62–71), mais o ítrioo ítrio entra pela semelhança química; inclui o disprósio e o térbio, aditivos dos ímãs de neodímio

Há também uma divisão geoquímica em três grupos: leves (La–Nd), intermediárias (Sm–Ho) e pesadas (Er–Lu).

Onde ocorrem

  • Minérios principais: bastnasita e monazita (ricas nas leves), xenotima (ítrio e pesadas), loparita e as argilas de adsorção iônica do sul da China, de onde sai a maior parte das pesadas.
  • Tório e urânio: os minérios costumam vir acompanhados de tório e, com menos frequência, de urânio. Por isso a mineração e o refino geram rejeitos tóxicos e, conforme o minério, radioativos — o principal custo ambiental da cadeia.

Aplicações

  • Ímãs permanentes: neodímio-ferro-boro (NdFeB, com praseodímio, disprósio e térbio) e samário-cobalto, em motores de veículos elétricos, geradores de turbinas eólicas, discos rígidos e motores de ímã permanente, como os motores CC sem escovas.
  • Catálise: craqueamento catalítico em refinarias de petróleo (lantânio, cério). Junto com os ímãs, é o maior destino das terras-raras.
  • Luminescência e óptica: fósforos vermelho e azul (európio), verde (térbio) e de LEDs brancos (ítrio); lasers Nd:YAG; amplificadores de fibra óptica (érbio); vidros de alto índice de refração para lentes (lantânio).
  • Medicina: contraste de ressonância magnética (gadolínio) e detectores de PET (lutécio, gadolínio).
  • Energia e indústria: eletrodos de baterias e armazenamento de hidrogênio (lantânio), ligas leves de alumínio-escândio para a indústria aeroespacial, barras de controle de reatores nucleares (samário).

Peso estratégico

  • Como entram em tecnologias da transição energética, da eletrônica e da defesa (sonares, chamarizes térmicos), as terras-raras costumam figurar nas listas de minerais críticos dos países importadores.
  • Concentração na China: entre 1985 e 1995, a fatia chinesa da produção mundial passou de 21% para 60%, com incentivos fiscais, mão de obra barata e regulação ambiental frouxa. Hoje o país domina sobretudo o refino e a separação, e desde cerca de 2010 restringe a oferta e a exportação — o que faz das terras-raras instrumento de pressão em disputas comerciais.
  • Brasil: tem a segunda maior reserva conhecida, segundo o Serviço Geológico dos EUA (USGS), mas produção ainda incipiente.

Os 17 elementos

ZSímboloElementoOrigem do nomeAplicações principaisAbundância na crosta (ppm)
21ScEscândioScandia, nome latino da Escandinávialigas leves de alumínio-escândio (aeroespacial), lâmpadas de vapor metálico, traçador radioativo em refinarias22
39YÍtriovila de Ytterby (Suécia), onde se achou o primeiro minério de terras-raraslasers YAG, fósforos de LEDs e lâmpadas fluorescentes, supercondutores YBCO, zircônia estabilizada (coroas dentárias, células a combustível de óxido sólido), filtros de micro-ondas33
57LaLantâniogrego lanthanein, “estar escondido”vidro de alto índice de refração (lentes), eletrodos de baterias, armazenamento de hidrogênio, catalisador de craqueamento39
58CeCérioplaneta anão Ceres, batizado com o nome da deusa romana da agriculturaagente oxidante, pó de polimento, catalisador de craqueamento e de fornos autolimpantes, pedra de isqueiro (ferrocério), cor amarela em vidros e cerâmicas66,5
59PrPraseodímiogrego prasios, “verde-alho-poró”, e didymos, “gêmeo”ímãs de terras-raras, lasers, vidro de didímio (óculos de solda), amplificadores de fibra óptica9,2
60NdNeodímiogrego neos, “novo”, e didymos, “gêmeo”ímãs de terras-raras (motores de carros elétricos), lasers, cor violeta em vidros e cerâmicas, capacitores cerâmicos41,5
61PmProméciotitã Prometeu, que deu o fogo aos mortaisbaterias nucleares, tinta luminescente1 × 10⁻¹⁵
62SmSamárioVasili Samarsky-Bykhovets, funcionário de minas russoímãs samário-cobalto, lasers, masers, barras de controle de reatores nucleares7,05
63EuEurópiocontinente europeufósforos vermelho e azul, lasers, lâmpadas fluorescentes e de vapor de mercúrio2
64GdGadolínioJohan Gadolin, pioneiro no estudo das terras-rarascontraste de ressonância magnética, captura de nêutrons, refrigeração magnética, detectores de PET, tubos de raios X, células a combustível de óxido sólido6,2
65TbTérbiovila de Ytterbyaditivo de ímãs de neodímio, fósforo verde, liga magnetostritiva Terfenol-D (sonares navais)1,2
66DyDisprósiogrego dysprositos, “difícil de obter”aditivo de ímãs de neodímio, Terfenol-D, lasers, discos rígidos5,2
67HoHólmioHolmia, nome latino de Estocolmolasers, padrão de calibração de espectrofotômetros, ímãs permanentes1,3
68ErÉrbiovila de Ytterbylasers infravermelhos, fibra óptica, aço ao vanádio3,5
69TmTúlioThule, terra mítica do norteaparelhos portáteis de raios X, lâmpadas de vapor metálico, lasers0,52
70YbItérbiovila de Ytterbylasers infravermelhos, agente redutor, aço inoxidável, extensômetros, medicina nuclear, monitoramento de terremotos3,2
71LuLutécioLutetia, antigo nome de Parisdetectores de PET, vidro de alto índice de refração, catalisador em refinarias, lâmpadas LED0,8

Tabela adaptada da Wikipédia em inglês (ver Referências Externas).


📚 Referências e Fontes

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🌐 Referências Externas