Lantanídeos

QUÍMICA INORGÂNICA

PROFESSOR:ADRIANO BORGES MARTINS DA

SILVA

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METAIS DE TRANSIÇÃO INTERNA

LANTANÍDEOS E ACTINÍDEOS

Química Inorgânica - Lantanídeos e Actinídeos

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ACADÊMICOS:

DIZONET ALVES DE LIMA JÚNIOR

GIORGIO DOS SANTOS

LUIZ GUSTAVO DE PROENÇA

MARCELO ZESZYKI TEIXEIRA

MARCOS VIDAL DE CAMARGO


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História

Que tal contarmos a história dos metais dos Lantanídeos?


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HISTÓRIA DOS LANTANÍDEOS


Até 1907 os lantanídeos eram considerados um único elemento, e eram inadequadamente chamados de terras raras. Inadequadamente porque alguns elementos não são tão raros assim. Os lantanídeos, elementos químicos de número atômico (Z) 57 até o 71, formam parte do 6° período da tabela periódica.

O Lantânio, que dá o nome ao grupo, possui o orbital “f”=0, ou seja, não possui elétrons neste orbital, mas é muito semelhante aos demais, assim como Ítrio (Y) e Scândio (Sc), ambos da mesma família da tabela periódica (3B).

Isto acontece porque o orbital “f”, destes elementos é pouco importante para ligações químicas, por se tratar de um nível mais interno (4f), antepenúltimo nível. Após ele ainda existem os níveis 5s e 5p, desta forma, estes elétrons não irão interagir com o meio químico em que o átomo se encontra.

6Química Inorgânica - Lantanídeos e Actinídeos

Figura 1. Tabela periódica dos elementosFonte: http: //seistemas.blogspot.com.br/2010/09/arranque-de-aulas-com-tabela-periodica.html, 2012.

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Algumas tabelas situam estes elementos entre os blocos s e d, originando uma tabela mais longa (figura 2) também chamada de tabela periódica estendida.

Figura 2. Representação da tabela periódica estendida

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Actin%C3%ADdeo


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Lembrando:

Figura 3. Diagrama de Linus Pauling

Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:DIAGRAMA_DE_LINUS_PAILING.JPG


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HISTÓRIA DOS LANTANÍDEOS


Isto acontece porque o orbital “f”, destes elementos é pouco importante para ligações químicas, por se tratar de um nível mais interno (4f), antepenúltimo nível, após ele ainda existem os níveis 5s e 5p.

Desta forma estes elétrons não irão interagir com o meio químico em que o átomo se encontra.

Ce (Z=58) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1

Ce3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 4f1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 4f1 5s2 5p6

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 5s2 5p6 4f1

[Xe] 4f1

* Mesmo tendo o elétron no subnível “f” (4f1, 4f2, 4f3...), estes elementos continuarão sendo muito semelhantes devido à camada externa que continua a “revesti-los”.

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QUAIS SÃO OS LANTANÍDEOS?


Lantâ

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Figura 4. LantanídeosFonte: http: //seistemas.blogspot.com.br/2010/09/arranque-de-aulas-com-tabela-periodica.html, 2012.(adaptado pelo autor)

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TABELA 1. CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA E ESTADOS DE OXIDAÇÃO DOS LANTANÍDEOS


Fonte: LEE J.D. Química inorgânica não tão concisa: tradução da 5ª edição inglesa, Edgard Blucher, 1999.

“...estes elementos continuarão sendo muito semelhantes devido à camada externa que continua a “revesti-los”.”

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ESTADOS DE OXIDAÇÃO


Apesar de ocorrerem na forma Ln2+, Ln4+ e outros, o estado de oxidação que predomina entre os lantanídeos é o de Ln3+.

Esse comportamento pode ser explicado pelo fato de que a soma das três primeiras ionização destes elementos é baixa, confira na tabela 2.

Figura 5. Óxido de Cério

Fonte: http://www.quimlab.com.br/

guiadoselementos/cerio.htm

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TABELA 2. ENERGIA DE IONIZAÇÃO E POTENCIAIS DE REDUÇÃO


Fonte: LEE J.D. Química inorgânica não tão concisa: tradução da 5ª edição inglesa, Edgard Blucher, 1999.

Alumínio Al 5148

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ABUNDÂNCIA


No passado eram erroneamente chamados de “terras raras”. Na verdade estes elementos não são tão raros assim, por exemplo, o Cério é tão abundante quanto o cobre.

Todo ano são produzidos algo em torno de 5000 toneladas de lantânio e 13000 toneladas de lantanídeos.

A tabela 3 traz a abundância destes elementos na crosta terrestre, em peso, bem como os isótopos maios frequentes.

A seguir as tabelas 4, 5 e 6 trazem a lista de todos os elementos e suas abundâncias na crosta terrestre.

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TABELA 3. ABUNDÂNCIA DOS ELEMENTOS NA CROSTA TERRESTRE, EM PESO, E N° DE ISÓTOPOS NATURAIS


Importante destacar que os elementos com n° de prótons pares são mais abundantes que os elementos de n° de prótons ímpares (Regra de Harkins). Fonte: LEE J.D. Química inorgânica não tão concisa: tradução da 5ª edição inglesa, Edgard Blucher, 1999.


TABELA 4. Abundância dos elementos na crosta terrestre (parte 1/3)

Observações: (1) e (2) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition. CRC Press (3) N. Grevesse, E. Anders, J. Waddington (ed.) in Cosmic Abundances of Matter, Amer. Inst. Phys., New York, p. 1. (1988).

Fonte: http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=5&id=527


Observações: (1) e (2) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition. CRC Press (3) N. Grevesse, E. Anders, J. Waddington (ed.) in Cosmic Abundances of Matter, Amer. Inst. Phys., New York, p. 1. (1988). Fonte: http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=5&id=527



Observações:(1) e (2) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition. CRC Press(3) N. Grevesse, E. Anders, J. Waddington (ed.) in Cosmic Abundances of Matter, Amer. Inst. Phys., New York, p. 1. (1988). Fonte: http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=5&id=527


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COMO OBTER OS LANTANÍDEOS


Os lantanídeos são relativamente abundantes e encontrados em minerais como: a monazita, 78% do total da produção de lantanídeos, a bastnaesita, 22% e xenotima em quantidades muitos menores.

Figura 6. À direita: Cério metálico 99,9%, e à esquerda sua principal fonte: a Monazita, um mineral composto de fosfatos de lantanídeos (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4) encontrada principalmente em praias na forma de areia monazitica.

Fonte: http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/cerio.htm

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COMO OBTER OS LANTANÍDEOS


A separação desses elementos pode ser feita de diversas formas: precipitação, reação térmica, cristalização fracionada, formação de complexos, extração por solvente, variação de valência e cromatografia de troca iônica.

A cromatografia de troca iônica é a mais rápida e eficiente, podendo-se obter através deste método de separação 99,9% de pureza em apenas uma passagem por coluna de troca iônica considerada longa.

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CROMATOGRAFIA DE TROCA IÔNICA


Resina de troca iônica: poliestireno sulfonado, com radical –SO3H

SO

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Ln3+(aq) + 3H (resina) (s) Ln (resina)3 (s) + 3H+ (aq)

Ln (resina)3 (s) + 3H+ (aq) + (citrato)3- 3H (resina) (s) + Ln (citrato)

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A solução de íons de lantanídeos é passada por uma coluna de resina de poliestireno sulfonado, onde os íons Ln3+ são retidos pela resina. Os íons de H+ são retirados da coluna juntamente com a solução.Após um citrato é passado pela coluna, e os íons de Ln formam um complexo, ora menos estável, que vai reagindo com a resina existente posteriormente no trajeto, ora mais estável saindo da coluna com o complexo de citrato; conforme os diferentes íons metálicos estiverem presentes na solução de Ln. Aos poucos os diferentes íons vão saindo em “bandas”, que podem ser identificadas por eletroscopia por fluorescência, e, separados podem ser precipitados com oxalatos insolúveis, para posterior calcinação. A partir da calcinação formam óxidos correspondentes aos diferentes elementos presentes na solução.

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ONDE SÃO UTILIZADOS OS LANTANÍDEOS


Em estado puro os lantanídeos têm poucas aplicações, mas uma mistura “mishmetal”, constituída de 50% de Ce, 40% de La, 7% de Fe e 3% de outros metais, é adicionada ao aço para conferir maior resistência e trabalhabilidade.

Figura7. Mishmetal de Cério, adicionado ao aço para conferir propriedades especiais.

Fonte: http://www.quimlab.com.br/

guiadoselementos/cerio.htm

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Pode ser usada ainda em ligas de magnésio, em fabricas de pedras de isqueiros, e em lentes contra radiação ultravioletas.

Figura 8. Lantanídeos em ligas de magnésio são utilizadas na fabricação de pedras de isqueiros

Fonte: https://www.google.com.br/imagem

Figura 9. Lantanídeos em ligas de magnésio são utilizadas também na fabricação de lentes com proteção para raios UV.

Fonte: https://www.google.com.br/imagem

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Compostos de Ce são utilizados para polir vidros, ou como revestimento de fornos autolimpantes, ou como agentes oxidantes em análises volumétricas, ou em lâmpadas a gás e ainda em tubos de aparelhos de televisão.

Figura 10. Tubos de televisão utilizam compostos de Cério.

Fonte: : https://www.google.com.br/imagem

Figura 10. Fornos autolimpantes utilizam compostos de Cério em seu revestimento, assim como lâmpadas a gás

Fonte: : https://www.google.com.br/imagem

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REFERÊNCIAS:http://www.brasilescola.com/quimica/organizacao-tabela-periodica.htmwww.google.pt/mendeleevhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lantanídeo


http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=5&id=527

LEE J.D. Química inorgânica não tão concisa: tradução da 5ª edição inglesa, Editor: Edgard Blucher, 1999.

http://www.brasilescola.com/quimica/organizacao-tabela-periodica.htm

http://www.brasilescola.com/quimica/organizacao-tabela-periodica.htm

http://www.google.pt/mendeleev

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lantan

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lantan

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QUAIS SÃO OS LANTANÍDEOS E ACTINÍDEOS?


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Figura 3. Elementos de transição internaFonte: http: //seistemas.blogspot.com.br/2010/09/arranque-de-aulas-com-tabela-periodica.html, 2012.(adaptado pelo autor)

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