🎯 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
| Grupo | Elementos | Observação |
|---|---|---|
| Leves | lantânio a promécio (Z 57–61) | mais abundantes; inclui o neodímio e o praseodímio dos ímãs |
| Pesadas | samário a lutécio (Z 62–71), mais o ítrio | o 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
| Z | Símbolo | Elemento | Origem do nome | Aplicações principais | Abundância na crosta (ppm) |
|---|---|---|---|---|---|
| 21 | Sc | Escândio | Scandia, nome latino da Escandinávia | ligas leves de alumínio-escândio (aeroespacial), lâmpadas de vapor metálico, traçador radioativo em refinarias | 22 |
| 39 | Y | Ítrio | vila de Ytterby (Suécia), onde se achou o primeiro minério de terras-raras | lasers YAG, fósforos de LEDs e lâmpadas fluorescentes, supercondutores YBCO, zircônia estabilizada (coroas dentárias, células a combustível de óxido sólido), filtros de micro-ondas | 33 |
| 57 | La | Lantânio | grego lanthanein, “estar escondido” | vidro de alto índice de refração (lentes), eletrodos de baterias, armazenamento de hidrogênio, catalisador de craqueamento | 39 |
| 58 | Ce | Cério | planeta anão Ceres, batizado com o nome da deusa romana da agricultura | agente oxidante, pó de polimento, catalisador de craqueamento e de fornos autolimpantes, pedra de isqueiro (ferrocério), cor amarela em vidros e cerâmicas | 66,5 |
| 59 | Pr | Praseodímio | grego prasios, “verde-alho-poró”, e didymos, “gêmeo” | ímãs de terras-raras, lasers, vidro de didímio (óculos de solda), amplificadores de fibra óptica | 9,2 |
| 60 | Nd | Neodímio | grego neos, “novo”, e didymos, “gêmeo” | ímãs de terras-raras (motores de carros elétricos), lasers, cor violeta em vidros e cerâmicas, capacitores cerâmicos | 41,5 |
| 61 | Pm | Promécio | titã Prometeu, que deu o fogo aos mortais | baterias nucleares, tinta luminescente | 1 × 10⁻¹⁵ |
| 62 | Sm | Samário | Vasili Samarsky-Bykhovets, funcionário de minas russo | ímãs samário-cobalto, lasers, masers, barras de controle de reatores nucleares | 7,05 |
| 63 | Eu | Európio | continente europeu | fósforos vermelho e azul, lasers, lâmpadas fluorescentes e de vapor de mercúrio | 2 |
| 64 | Gd | Gadolínio | Johan Gadolin, pioneiro no estudo das terras-raras | contraste de ressonância magnética, captura de nêutrons, refrigeração magnética, detectores de PET, tubos de raios X, células a combustível de óxido sólido | 6,2 |
| 65 | Tb | Térbio | vila de Ytterby | aditivo de ímãs de neodímio, fósforo verde, liga magnetostritiva Terfenol-D (sonares navais) | 1,2 |
| 66 | Dy | Disprósio | grego dysprositos, “difícil de obter” | aditivo de ímãs de neodímio, Terfenol-D, lasers, discos rígidos | 5,2 |
| 67 | Ho | Hólmio | Holmia, nome latino de Estocolmo | lasers, padrão de calibração de espectrofotômetros, ímãs permanentes | 1,3 |
| 68 | Er | Érbio | vila de Ytterby | lasers infravermelhos, fibra óptica, aço ao vanádio | 3,5 |
| 69 | Tm | Túlio | Thule, terra mítica do norte | aparelhos portáteis de raios X, lâmpadas de vapor metálico, lasers | 0,52 |
| 70 | Yb | Itérbio | vila de Ytterby | lasers infravermelhos, agente redutor, aço inoxidável, extensômetros, medicina nuclear, monitoramento de terremotos | 3,2 |
| 71 | Lu | Lutécio | Lutetia, antigo nome de Paris | detectores de PET, vidro de alto índice de refração, catalisador em refinarias, lâmpadas LED | 0,8 |
Tabela adaptada da Wikipédia em inglês (ver Referências Externas).
📚 Referências e Fontes
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- Conceitos relacionados