CONCEITO

ao Longo da parte inferior da tabela periódica dos elementos, separados do corpo principal do gráfico, são duas linhas, a primeira das quais representa o lantanídeos. Compostos de lantânio e dos 14 elementos da série lantanídeos, os lantanídeos eram outrora chamados de metais de “terras raras”. Na verdade, não são particularmente raros: muitos deles aparecem em tanta abundância como elementos mais familiares, como o mercúrio., Eles são, no entanto, difíceis de extrair, uma característica que os define tanto quanto sua cor prateada, às vezes altos níveis de reatividade, e sensibilidade à contaminação. Embora alguns lantanídeos tenham usos limitados, membros deste grupo são encontrados em tudo, desde isqueiros de cigarro a telas de TV, e do vidro colorido para controlar varetas em reatores nucleares.

HOW IT WORKS

Defining the Lantanides

The lantanide series consists of the 14 elements, with atomic numbers 58 through 71, that follow lanthanum on the periodic table Of elements., Estes 14, juntamente com os actinídeos—números atômicos 90 a 103—são colocados de lado da tabela periódica devido a semelhanças nas propriedades que definem cada grupo.especificamente, os lantanídeos e actinídeos são os únicos elementos que preenchem os orbitais F. Os lantanídeos e actinídeos são na verdade” ramos ” da família maior conhecida como metais de transição. Estes últimos aparecem nos grupos 3 a 12 na versão IUPAC da tabela periódica, embora não estejam numerados na versão norte-americana.,

A série de lantanídeos é geralmente combinada com lantânio, que tem um número atômico de 57, sob o título geral de lantanídeos. Como seu nome indica, os membros da série lantanídeos compartilham certas características com lantânio; daí o termo coletivo “lantanídeos”.”Estes 15 elementos, juntamente com seus símbolos químicos, são:

a Maioria destes são discutidos individualmente neste ensaio.propriedades dos lantanídeos

brilhante e prateado na aparência, muitos dos lantanídeos-embora sejam metais-são tão macios que podem ser cortados com uma faca., Lantânio, cério, praseodímio, neodímio e europium são altamente reativos. Quando expostos ao oxigénio, formam uma camada de óxido. (Um óxido é um composto formado por metal com um oxigênio. Para evitar este resultado, que mancha o metal, estes cinco lantanídeos são mantidos armazenados em óleo mineral.

as tendências reactivas dos outros lantanídeos variam: por exemplo, o gadolínio e o lutécio não oxidam até que tenham sido expostos ao ar durante muito tempo. No entanto, lantanídeos tendem a ser bastante “temperamentais” como uma classe., Se contaminados com outros metais, tais como cálcio, eles corroem facilmente, e se contaminados com não-metais, tais como nitrogênio ou oxigênio, eles se tornam quebradiços. A contaminação também altera os seus pontos de ebulição, que variam de 1.506, 2°F (819°C) para o itérbio até 3,025, 4°F (1,663°C) para o lutécio.lantanídeos reagem rapidamente com água quente, ou mais lentamente com água fria, para formar gás hidrogênio. Como observado anteriormente, eles também são bastante reativos com oxigênio, e eles experimentam combustão prontamente no ar., Quando um lantaneto reage com outro elemento para formar um composto, ele geralmente perde três de seus elétrons externos para formar o que são chamados íons tripositivos, ou átomos com uma carga elétrica de +3. Este é o íon mais estável para lantanídeos, que às vezes se desenvolvem menos estáveis +2 ou +4 íons. Os lantanídeos tendem a formar compostos iónicos, ou compostos que contenham iões positivos ou negativos, com outras substâncias—em particular, flúor.São mesmo “raros”?,apesar de serem conhecidos como metais de terras raras, lantanídeos foram denominados porque, como veremos, são difíceis de extrair de compostos que contêm outras substâncias—incluindo outros lantanídeos. Quanto à raridade, o mais escasso dos lantanídeos, o Túlio, é mais abundante do que o arsénio ou o mercúrio, e certamente ninguém pensa neles como substâncias raras. Em termos de partes por milhão (ppm), o Túlio tem uma presença na crosta terrestre equivalente a 0,2 ppm. O mais abundante dos lantanídeos, cério, tem uma abundância de 46 ppm, maior que o de estanho.,se, por outro lado, a raridade é entendida não em termos de escassez, mas em relação à dificuldade em obter um elemento em sua forma pura, então de fato os lantanídeos são raros. Por suas propriedades serem tão semelhantes, e por estarem inclinadas a se reunir nas mesmas substâncias, o isolamento original e a identificação dos lantanídeos foi uma tarefa árdua que demorou mais de um século. O progresso seguiu um padrão comum.,

primeiro, um químico identificou um novo lantanídeo; depois, alguns anos mais tarde, outro cientista apareceu e extraiu outro lantanídeo do exemplo que o primeiro químico acreditava ser um único elemento. Desta forma, os lantanídeos emergiram ao longo do tempo, cada um dos anteriores, como matryoshka russo ou bonecas “nidificantes”.lantanídeos de extracção.embora a maioria dos lantanídeos tenham sido isolados pela primeira vez na Escandinávia, hoje eles são encontrados em latitudes consideravelmente mais quentes: Brasil, Índia, Austrália, África do Sul e Estados Unidos., A principal fonte de lantanídeos é a monazita, uma areia pesada e escura da qual cerca de 50% da massa de lantanídeos disponíveis para a Ciência e indústria foi extraída.

A fim de separar lantanídeos de outros elementos, eles são realmente combinados com outras substâncias—substâncias com baixa solubilidade, ou tendência a dissolver-se. Os oxalatos e os fluoretos são substâncias de baixa solubilidade favorecidas para este fim. Uma vez separados de elementos não lantanídeos, a troca iônica é usada para separar um elemento lantanídeo de outro.,

Existe uma diminuição pronunciada nos raios dos átomos de lantanídeos à medida que eles aumentam no número atômico: em outras palavras, quanto maior o número atômico, menor o raio. Esta diminuição, conhecida como a contração do lantaneto, ajuda no processo de separação por troca de íons. Os lantanídeos são misturados numa solução iónica, passando depois uma longa coluna contendo uma resina. Vários iões lantanídeos ligam-se mais ou menos firmemente, dependendo do seu tamanho relativo, com a resina.

Após esta etapa, os lantanídeos são lavados para fora da coluna de permuta iônica e em várias soluções., Um por um, eles tornam-se totalmente separados, e então são misturados com ácido e aquecidos para formar um óxido. O óxido é então convertido em um fluoreto ou cloreto, que pode então ser reduzido a forma metálica com a ajuda de cálcio.

aplicações da vida real

A abordagem histórica

no estudo dos lantanídeos, pode-se simplesmente mover ao longo da tabela periódica, de lantânio até lutécio., No entanto, à luz das dificuldades envolvidas na extracção dos lantanídeos, uma abordagem ao longo de linhas históricas ajuda a compreender o lugar único que cada lantanídeo ocupa na família em geral.os Termos “série de lantanídeos” ou mesmo “lantanídeos” não surgiram por algum tempo—em outras palavras, os cientistas não sabiam imediatamente que estavam lidando com um grupo inteiro de Metais. Como é frequentemente o caso com a descoberta científica, o isolamento de lantanídeos seguiu um padrão irregular, e eles não emergiram na ordem do número atômico.,Cério foi de fato descoberto muito antes do próprio lantânio, na segunda metade do século XVIII. Seguiu-se, algumas décadas depois, a descoberta de um mineral chamado ytterite, nomeado em homenagem à cidade de Ytterby, na Suécia, perto da qual foi encontrado em 1787. Durante o século seguinte, a maioria dos lantanídeos restantes foram extraídos da ytterite, e o homem mais responsável por isso foi o químico sueco Carl Gustav Mosander (1797-1858).,como Mosandro tinha mais a ver com a identificação dos lantanídeos do que qualquer indivíduo, a parte média desta visão histórica é dedicada às suas descobertas. O reconhecimento e isolamento de lantanídeos não parou com Mosandro, no entanto; portanto, um grupo de minerais anotérgicos é discutido no contexto do último período da descoberta de lantanídeos.lantanídeos precoces cério.em 1751, o químico sueco Axel Crönstedt (1722-1765) descreveu o que ele pensava ser uma nova forma de tungstênio, que ele havia encontrado na Mina de Bastnäs perto de Riddarhyttan, Suécia., Mais tarde, o químico alemão Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) e o químico sueco Wilhelm Hisinger (1766-1852) analisaram independentemente o material que Crönstedt havia descoberto, e ambos concluíram que este deve ser um novo elemento. Foi nomeado cério em homenagem a Ceres, um asteroide entre Marte e Júpiter descoberto em 1801. Só em 1875 é que o cério foi extraído de um minério.entre as aplicações do cério está uma liga chamada misch metal, preparada pela fusão dos cloretos de cério, lantânio, neodímio e praseodímio., A liga resultante acende-se a temperatura ambiente ou abaixo dela, e é muitas vezes usada como a “pedra” em um isqueiro, porque ela faísca quando o atrito de uma roda de metal é aplicado.o cério também é usado em partes de motores a jato, como um catalisador na produção de amônia, e como um agente anti-truca na gasolina—ou seja, um produto químico que reduz os sons de “bater” por vezes produzidos em um motor por classes inferiores de combustível. No óxido de cério (IV), ou CeO2, é usado para extrair a cor do vidro anteriormente colorido, e também é aplicado em revestimentos de esmalte e cerâmica.gadolínio.,

em 1794, sete anos após a descoberta da ytterite, o químico finlandês Johan Gadolin (1760-1852) concluiu que a ytterite continha um novo elemento, que mais tarde foi nomeado gadolinita em sua homenagem. Um nome muito semelhante seria aplicado a um elemento extraído da ytterite, e os anos entre a descoberta de Gadolin e a identificação deste elemento abrangeram o período da atividade mais frutífera na identificação de lantanídeos.,

durante o século seguinte, todos os outros lantanídeos foram descobertos dentro da composição de gadolinita; então, em 1880, o químico suíço Jean-Charles Galissard de Marignac (1817-1894) encontrou ainda outro elemento escondido nela. O químico francês Paul Emile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) redescobriu o mesmo elemento seis anos depois, e propôs que fosse chamado de gadolínio.

prateado em cor, mas com um molde às vezes amarelado, gadolínio tem uma alta tendência para oxidar no ar seco. Como é altamente eficiente para capturar nêutrons, pode ser útil em reatores de energia nuclear., No entanto, dois dos seus sete isótopos estão em tão baixa abundância que teve pouca aplicação nuclear. Usado em fósforo para aparelhos de televisão a cores, entre outras coisas, gadolínio mostra alguma promessa para aplicações de ultra alta tecnologia: a temperaturas muito baixas torna-se altamente magnético, e pode funcionar como um supercondutor.lantanídeos de Mosandro lantanídeos de H4>lantânio.

entre 1839 e 1848, Mosandro foi consumido com a extração de vários lantanídeos da ytterite, que por então passou a ser conhecida como gadolinita., Quando ele conseguiu extrair um elemento, ele o chamou de lanthana, significando “escondido”.”O material, eventualmente referido como lantânio, não foi preparado em forma pura até 1923.como vários outros lantanídeos, o lantânio é muito macio-tão macio que pode ser cortado com uma faca—e branco prateado de cor. Entre os lantanídeos mais reativos, decompõe-se rapidamente em água quente, mas mais lentamente em água fria. Lantânio também reage prontamente com oxigênio, e corrói rapidamente no ar úmido.como no cério, o lantânio é usado em misch metal., Uma vez que os compostos de lantânio produzem qualidades ópticas especiais no vidro, também são utilizados para a fabricação de lentes especializadas. Além disso, compostos de lantânio com flúor ou oxigênio são usados na fabricação de lâmpadas de arco de carbono para a indústria cinematográfica.samário.

ao analisar um óxido formado a partir de lantanídeos em 1841, Mosander decidiu que ele tinha um novo elemento em suas mãos, que ele chamou de didymium., Quatro décadas mais tarde, Boisbaudran deu outra olhada no didínio, e concluiu que não era um elemento; em vez disso, continha um elemento, que ele nomeou samário em homenagem ao mineral samarskita, no qual ele é encontrado. Ainda mais tarde, Marignac estava estudando samarskita quando descobriu o que veio a ser conhecido como gadolínio. Mas a história não terminou lá: ainda mais tarde, em 1901, o químico francês Eugéne-Anatole Demarçay (1852-1903) encontrou ainda outro elemento, europium, em samarskite.o Samário é aplicado hoje em dia em varetas de controle de usinas nucleares, em lâmpadas de arco de carbono e em masers e lasers., Em ligas com cobalto, é usado na fabricação dos eletroímanes mais permanentes disponíveis. O samário também é utilizado na fabricação de vidro óptico, e como um catalisador na produção de álcool etílico.

erbio e terbio.

Para voltar ao Mosander, ele estava examinando ytterite em 1843, quando ele identificou três tipos diferentes de “terras”, todos os quais ele chamou depois de Ytterby: ítria, ia, e terbia. Erbium foi o primeiro a ser extraído., Uma amostra pura de seu óxido foi preparada em 1905 pelo químico francês Georges Urbain (1872-1938) e pelo químico americano Charles James (1880-1928), mas o metal puro em si só foi extraído em 1934.macio e maleável, com uma cor brilhante Prateada, erbio produz sais (que são geralmente combinações de um metal com um não-metal) que são rosa e rosa, tornando-o útil como um agente de tintura. Um de seus óxidos é utilizado, por exemplo, para tingir vidro e porcelana com um molde pinkish. Aplica-se também, em certa medida, à indústria nuclear.,Mosander também identificou outro elemento, terbium, em ytterite em 1839, e Marignac isolou-o em uma forma mais pura quase meio século depois, em 1886. Para repetir um tema comum, é cinza prateado e macio o suficiente para ser cortado com uma faca. Quando atingido por um feixe de elétrons, um composto contendo terbium emite uma cor esverdeada, e assim é usado como um fósforo em televisores a cores.

isolação posterior de lantanídeos

itérbio, HOLMIO e Túlio.,por muitos anos após Mosandro, houve pouco progresso na descoberta de lantanídeos, e quando ela veio, foi na forma de um terceiro elemento, nomeado em homenagem à cidade onde muitos dos lantanídeos foram descobertos. Em 1878, ao analisar o que Mosander havia chamado de érbia, Marignac percebeu que continha um ou dois elementos.um ano depois, o químico sueco Lars Frederik Nilson (1840-1899) concluiu que ele realmente continha dois elementos, que foram nomeados ytterbium e escândio. (Escândio, com um número atômico de 21, não faz parte da série lantanídeos., Urbain às vezes é creditado pela descoberta de ytterbium: em 1907, ele mostrou que os materiais que Nilson tinha estudado eram na verdade uma mistura de dois óxidos. Em qualquer caso, Urbain disse que o crédito deve ser dado a Marignac, que é a figura mais importante na história de lantanídeos que não Mosander. Quanto ao ytterbium, é altamente maleável, como outros lantanídeos, mas não tem nenhuma aplicação significativa na indústria.

químico sueco Per Teodor Cleve (1840-1905) descobriu em 1879 que érbia continha mais dois elementos, que ele nomeou holmium e thulium., Thulium refere-se ao antigo nome da Escandinávia, Thule. O mais raro de todos os lantanídeos, o Túlio é altamente maleável-e também muito caro. Por isso, tem poucas aplicações comerciais.disprósio.

nomeado para a palavra grega disprositos, ou “difícil de alcançar”, disprósio foi descoberto por Boisbaudran. Separando iterita em 1886, ele encontrou gálio (número atômico 31—não um lantaneto), samário (discutido acima) e disprósio. Mais uma vez, um mineral extraído da ytterite tinha sido nomeado após um elemento previamente descoberto, e, mais uma vez, acabou por conter vários elementos., A substância em questão desta vez foi holmium, que, como Boisbaudran descobriu, era na verdade uma mistura complexa de terbium, erbium, holmium, e o elemento que ele tinha identificado como disprósio. Uma amostra pura não foi obtida até 1950.porque o disprósio tem uma grande afinidade por nêutrons, é às vezes usado em varas de controle para reatores nucleares, “absorvendo” nêutrons ao invés de uma esponja absorve água. Macio, com uma brilhante cor de prata, como outros lantanídeos, disprósio, também é aplicado em lasers, mas caso contrário, ele tem alguns usos.

EUROPIUM AND LUTETIUM.,enquanto muitos outros lantanídeos são nomeados para regiões do Norte da Europa, o nome europium refere-se ao continente europeu como um todo, e o lutécio é uma referência ao antigo nome romano para Paris. Como mencionado anteriormente, Demarçay encontrou europium em samarskite, uma descoberta que ele fez em 1901. Na verdade, Boisbaudran tinha notado o que parecia ser um novo elemento cerca de uma década antes, mas ele não o perseguiu, e assim o crédito vai para o seu compatriota.mais reativo dos lantanídeos, o europium responde tanto à água fria como ao ar., Além disso, é capaz de pegar fogo espontaneamente. Entre os elementos mais eficientes para a captura de nêutrons, é aplicado nos sistemas de controle de reatores nucleares. Além disso, seus compostos são utilizados na fabricação de fósforo para aparelhos de TV: um desses compostos, por exemplo, emite um brilho avermelhado. Mais um composto europium é adicionado à cola em selos postais, tornando possível a digitalização electrónica de selos.Urbain, que descobriu lutécio, deu-lhe o nome de sua cidade natal., Jaime também identificou uma forma do lantanídeo, mas não anunciou sua descoberta até muito mais tarde. Exceto para alguns usos em um catalisador na produção de petróleo, o lutécio tem poucas aplicações industriais.Cotton, Simon. Lantanídeos e actinídeos. New York: Oxford University Press, 1991.Heiserman, David L. explorando elementos químicos e seus compostos. Blue Ridge Summit, PA: Tab Books, 1992.”lantanídeos luminescentes” (sítio Web). < http://orgwww.chem.uva.nl/lanthanides/> (May 16, 2001).Snedden, Robert. Primo., Des Plaines, IL: Heinemann Library, 1999.Oxlade, Chris. Metal. Chicago: Heinemann Library, 2001.Stwertka, Albert. Um guia para os elementos. New York: Oxford University Press, 1996.Whyman, Kathryn. Metais e ligas. Ilustrado por Louise Nevett e Simon Bishop. New York: Gloucester Press, 1988.liga: mistura de dois ou mais metais.

número atômico:

o número de prótons no núcleo de um átomo., Uma vez que este número é diferente para cada elemento, os elementos são listados na tabela periódica de elementos na ordem do número atômico.

ião:

um átomo ou átomos que perdeu ou ganhou um ou mais electrões, e, portanto, tem uma carga eléctrica líquida.contração de lantanídeos: diminuição progressiva do raio dos átomos de lantanídeos à medida que aumenta o número de atomicnúmeros.

série de lantanídeos:

um grupo de 14 elementos, com números atómicos 58 a 71, que seguem o lantânio na tabela periódica de elementos.,lantanídeos: a série lantanídeos, juntamente com o lantânio.óxido: um composto formado pela ligação química de um metal com oxigénio.

tabela periódica de elementos:

uma carta mostrando os elementos dispostos por ordem do número atómico, agrupando-os de acordo com características comuns.metais de terras raras: uma denominação antiga para os lantanídeos, reflectindo a dificuldade em separá-los de compostos que contenham outros lantanídeos ou outras substâncias.,

metais de transição:

grupos 3 a 12 na IUPAC ou versão europeia da tabela periódica de elementos. Os lantanídeos e actinídeos, que aparecem na parte inferior da tabela periódica, são “ramos” desta família.