Terras raras: aplicações industriais e biológicas

Abstract

Recebido em 30/1/04; aceito em 30/6/04; publicado na web em 5/11/04 RARE EARTHS: INDUSTRIAL AND BIOLOGICAL APPLICATIONS. The history of the rare earths is rich in innovation and these elements have been the object of study of a number of scientists. Rare earths are used practically in almost all aspects of life and these applications are due to their outstanding properties, mainly spectroscopic and magnetic. In industry, the applications of rare earths are many, such as in catalysis, phosphors, magnetism, glass and lasers. In biological systems, rare earths are used, for example, as luminescent probes in the investigation of binding sites in proteins, labels in immunoassays and in noninvasive tests.Keywords: rare earths; spectroscopy; medical applications. INTRODUÇÃOAs terras raras, para as quais se utiliza o símbolo Ln, correspondem aos elementos do lantânio (La, Z = 57) ao lutécio (Lu, Z = 71), entre os quais se incluem o ítrio (Y, Z = 39) e o escândio (Sc, Z = 21). Mas, segundo recomendações da IUPAC 1 , usam-se os termos lantanídeos para designar os elementos do La ao Lu e terras raras quando aos lantanídeos são incluídos o Sc e o Y.A expressão terras raras é imprópria para designar estes elementos, que receberam esta denominação porque foram inicialmente conhecidos em forma de seus óxidos, que se assemelham aos materiais conhecidos como terras. Além da expressão "terras" não ser apropriada à denominação de tais elementos, a expressão "raras" também não está de acordo, pois os lantanídeos são mais abundantes (com exceção do promécio que não ocorre na natureza) do que muitos outros elementos. Por exemplo, os elementos túlio (0,5 ppm) e lutécio (0,8 ppm) que são as terras raras menos abundantes na crosta terrestre, são mais abundantes que a prata (0,07 ppm) e o bismuto (0,008 ppm) 2,3 . O primeiro elemento das terras raras descoberto foi o cério, em 1751, pelo mineralogista suíço A. F. Cronstedt, quando obteve um mineral pesado, a cerita. Porém, existem controvérsias quanto a este fato e atribui-se o ano de 1787 como o início da história das terras raras, quando Carl Axel Arrhenius encontrou um mineral escuro, a iterbita (também conhecido como gadolinita), em uma pequena vila, Ytterby, próxima a Estocolmo 2 . Por constituírem uma família que apresenta propriedades físicas e químicas semelhantes, exigindo um trabalho imenso para separá-los com a obtenção de espécies relativamente puras, este grupo de elementos foi pouco explorado durante anos e somente em 1907 é que praticamente todas as terras raras naturais foram conhecidas 4-9 . A industrialização das terras raras teve início com a fabricação de camisas de lampiões. Com o passar do tempo suas propriedades foram tornando-se mais conhecidas e seus compostos passaram a ser mais utilizados, tais como na produção de "mischmetal" para pedras de isqueiro, baterias recarregáveis e aplicações metalúrgicas 5,10 . Com o desenvolvimento tecnológico as terras raras passaram a ganhar novos usos e, hoje em dia, o universo de suas aplicações é muito abrangente, sendo utiliz...

Cério: propriedades catalíticas, aplicações tecnológicas e ambientais

“…Sua abundância na crosta terrestre é da ordem de 60 ppm, o que o torna o 26º elemento em freqüência de ocorrência, sendo quase tão abundante quanto cobre e níquel. Apesar de o cério ser o lantanídeo de maior ocorrência, é encontrado em muitos minerais somente em níveis traço, sendo a bastinasita e monasita os minerais mais importantes como fonte de cério e suprem a maior parte da demanda mundial deste elemento [1][2][3][4][5][6] . Estes dois minerais, dependo da localidade dos depósitos, possuem cerca de 65-70% (bastinasita) e 49-74% (monasita) de terras céricas (La-Gd), sendo que, considerando-se a porcentagem de lantanídeos na bastinasita e monasita como 100%, a quantidade de CeO 2 corresponde a aproximadamente 49 e 47%, respectivamente 5 .…”

“…O cério trivalente tem propriedades semelhantes a outros íons lantanídeos com mesmo estado de oxidação 3,5 , com exceção da sua fácil oxidação para Ce 4+ e instabilidade em ar e água. Seus sais, em geral, mais estáveis que os de Ce 4+ , são pouco hidrolisáveis e muito utilizados como precursores para vários compostos de cério [1][2][3][4][5][6] . Diferentemente dos demais elementos dessa classe, o estado de oxidação (+IV) também é estável, principalmente em virtude da configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre ([Xe]4f 0 ).…”

“…O CeO 2 pode ser obtido a partir de sais precursores por calcinação em ar ou meio que contém oxigênio; o óxido de cério não estequiométrico, CeO 2-x (x pode ser acima de 0,3), também pode ser obtido e neste caso, utilizam-se dopantes, tais como óxidos de outras terras raras, como por exemplo, Y ou La. A introdução desses elementos na rede cristalina do dióxido de cério faz com que ocorra uma compensação de cargas, gerando vacâncias de oxigênio, sendo que a mobilidade do oxigênio depende do tipo de dopante empregado [1][2][3][4][5][6] .…”

“…Os compostos de cério têm um enorme potencial para aplicação em diversas vertentes tecnológicas, principalmente devido a algumas de suas propriedades, tais como faixa de potencial redox, alta mobilidade de oxigênio na rede cristalina, alta afinidade por compostos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] . Algumas dessas aplicações são mostradas no fluxograma da Figura 1.…”

“…O CeO 2 pode ser obtido a partir de sais precursores por calcinação em ar ou meio que contém oxigênio; o óxido de cério não estequiométrico, CeO 2-x (x pode ser acima de 0,3), também pode ser obtido e neste caso, utilizam-se dopantes, tais como óxidos de outras terras raras, como por exemplo, Y ou La. A introdução desses elementos na rede cristalina do dióxido de cério faz com que ocorra uma compensação de cargas, gerando vacâncias de oxigênio, sendo que a mobilidade do oxigênio depende do tipo de dopante empregado [1][2][3][4][5][6] .Os compostos de cério têm um enorme potencial para aplicação em diversas vertentes tecnológicas, principalmente devido a algumas de suas propriedades, tais como faixa de potencial redox, alta mobilidade de oxigênio na rede cristalina, alta afinidade por compostos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] . Algumas dessas aplicações são mostradas no fluxograma da Figura 1.…”