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LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (PARTE 4)

Posted by O Nerd da Quimica on 17 Ee agosto Ee 2012 a las 19:30 Comments comentarios (0)

FALTA FAZER

LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (PARTE 3)

Posted by O Nerd da Quimica on 17 Ee agosto Ee 2012 a las 19:30 Comments comentarios (0)

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Este artigo é a continuação das explicações dos artigos anteriores sobre este tema: Lantanídeos e Actinídeos (Parte 1) e Lantanídeos e Actinídeos (Parte 2). Nestes dois primeiros artigos, falamos sobre os elementos pertencentes à série dos lantanídeos. Este artigo teve que ser dividido em 4 partes porque não há espaço suficiente para tudo em uma única postagem.

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Agora iremos estudar os Actinídeos, que são um outro grupo serial de elementos do bloco f. Todos os elementos desta série são radioativos e as propriedades não são tão regulares como no caso dos Lantanídeos.

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--> OS ACTINÍDEOS

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Os actinídeos são uma série de elementos similares aos lantanídeos, que vai desde o Actínio (Ac, número atômico = 89) até o Laurêncio (Lr, n° atômico = 103). Todos os elementos da série são radioativos e apenas os quatro primeiros (Ac, Th, Pa e U) ocorrem na Natureza, sendo todos os outros elementos da série artificiais.

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Estes elementos possuem o elétron de diferenciação no subnível 5f, sendo, portanto, considerados elementos do bloco f. Dentre estes elementos, os mais estáveis e que ocorrem na natureza são o tório (Th) e o urânio (U). Entretanto, apesar de serem grupos semelhantes de elementos, os actinídeos não são tão regulares quanto os lantanídeos. No caso dos actinídeos, os elétrons f não estão tão presos ao núcleo quanto os dos lantanídeos, de modo que, diferentemente deles, a série dos lantanídeos não é tão homogênea como seria previsto. Como os lantanídeos, os actinídeos apresentam crescimento suave nos raios atômicos e iônicos com o aumento do número atômico. Os membros mais leves da série (até o amerício) têm elétrons f que participam de ligações, diferentemente dos lantanídeos. Conseqüentemente estes elementos são mais parecidos com os metais de transição, formando compostos de coordenação e apresentando valências variáveis. Este comportamento destoa quase completamente com o padrão regular observado no início da série dos lantanídeos. Devido ao aumento da carga nuclear, os membros mais pesados (cúrio ao laurêncio) não tendem a usar seus elétrons internos f na formação de ligações e então se parecem mais com os lantanídeos, formando compostos trivalentes.

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Membros da série:

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- Actínio (Ac)

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O actínio é o elemento que encabeça a série dos actinídeos, embora a rigor ele não seja um metal de transição interna, pois não tem elétrons no subnível 5f. Seu número atômico é 89 e sua massa é de (227); funde-se a cerca de 1050 °C e vaporiza-se a 3198°C. O elemento é raro e muito radioativo, de modo que sua química não é muito conhecida, mas mostra-se bastante similar à do Lantânio, com algumas diferenças devido aos efeitos relativísticos. O metal brilha azulado no escuro por causa da radiação e sempre libera calor. Sabe-se que reage com a água e com o ar, mas não se tem certeza do comportamento químico de seu óxido. O metal é macio, muito eletropositivo e reativo, existindo em seus compostos sempre no estado de oxidação +3. Entretanto, seus compostos são muito raros e sem importância comercial.

O actínio é muito radioativo e pouco abundante. Quimicamente se assemelha ao lantânio e lantanídeos anteriores. Seus sais contém o íon incolor Ac(+3), mas podem apresentar um brilho azul pálido causado pela radiação do elemento, que estimula as moléculas de ar em torno a emitirem luz. Sabe-se que ele reage com a água, mas o óxido Ac2O3 e o hidróxido não são bem caracterizados. Como o lantânio, reage com ácidos diluídos. O actínio reage rapidamente com o ar e umidade, formando um revestimento branco de óxido que, diferentemente do Lantânio, impede a oxidação adicional do metal, protegendo-o. Soluções de sais de actínio são incolores, contendo o elemento no estado trivalente. Apenas um número restrito de compostos do elemento são conhecidos. Diferentemente do lantânio em relação aos lantanídeos, o actínio não serve de padrão químico para todos os actinídeos, pois alguns apresentam propriedades que fogem ao padrão previsto, como o urânio.

Devido à sua intensa radiação e à sua raridade, o actínio não possui aplicações comerciais, embora cogita-se que ele poderia ser utilizado em geradores termoelétricos de radionuclídeos. Uma mistura de óxido de actínio com berílio torna-se um emissor de nêutrons muito potente, superior ao gerador atual de poloneto de berílio.

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1) 2) 3) 4)

1) e 2) Actínio metálico. Na primeira foto pode-se ver o brilho emitido por causa da radiação. 3) óxido de actínio (Ac2O3); 4) partículas de um composto de actínio brilhando sobre um fundo escuro.

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- Tório (Th)

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O tório é um metal radioativo com número atômico 90 e massa atômica padrão de 232, que funde a 1822°C e ferve a 4788°C. O tório é um metal branco-prateado, muito mole quando puro, que oxida em contato com o ar formando uma camada protetora que protege o metal de uma oxidação adicional. Não reage com a água (devido à camada passivadora de óxido) nem com ácidos muito diluídos, podendo manter-se brilhante por meses. Porém, é muito eletropositivo e reativo, sendo que o pó do metal é pirofórico.

O tório é um análogo mais pesado do cério, compartilhando com ele diversas características, ocorrendo frequentemente juntos nos mesmos minerais. O tório apresenta-se apenas no estado de oxidação +4, logo de início foge ao padrão regular esperado para a série. O tório não forma cátion +3 estável e o elemento tetravalente tem sua química similar à do cério tetravalente, porém muito menos oxidante. Os sais de tório sofrem hidrólise apreciável e suas soluções são bastante ácidas. Estes sais são todos incolores, a menos que o ânion seja colorido. A base Th(OH)4 é fraca e instável, decompondo-se rapidamente no óxido ThO2, um óxido básico, mas muito insolúvel e com um ponto de fusão extremamente elevado. Muito da química do tório se assemelha mais à dos elementos do grupo 4B, tais como o zircônio, do que ao actínio. Isso é uma anormalidade observada na série dos actinídeos, pois os elétrons f participam das ligações. O elemento reage lentamente com ácidos, porém mais rapidamente em ácido clorídrico ou nítrico contendo fluoreto.

O tório apresenta diversas aplicações industriais. Ele é utilizado na forma de óxido na composição de camisas para lampiões a gás, e também na confecção de materiais refratários. O elemento pode ser utilizado em baterias nucleares, na fabricação de alguns vídeos especiais, como emissor de elétrons em aparelhos de microondas, etc.

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- Protactínio (Pa)


O protactínio é um metal cinza-prateado raro e muito radioativo, com número atômico 91 e massa atômica de [231]. Tem ponto de fusão de 1568°C e ponto de ebulição de 4027°C. O metal é denso e muito reativo, reagindo rapidamente com o ar, água e ácidos inorgânicos. Se apresenta geralmente no estado de oxidação +5, formando compostos com uma estequiometria muito complexa, muitos dos quais são difíceis de estudar e caracterizar, devido à sua extensa hidrólise de seus sais, que leva à formação de vários produtos diferentes e insolúveis difíceis de trabalhar, e à sua raridade e intensa radiação que causa radiólise em seus compostos. O elemento também ocorre nos estados de oxidação +3 e +4, que são agentes redutores. Os compostos no nox +3 costumam ser de uma cor azul-arroxeada, enquanto o +4 é preto, verde ou amarelado. Os compostos no estado +5 possuem cores que variam muito de acordo com o ânion.

O protactínio é muito raro na crosta terrestre, ocorrendo geralmente em minérios de urânio, por ser um produto do decaimento do elemento. Costuma ser extraído nos resíduos radiativos de combustível nuclear, onde ocorre em uma proporção apreciável. O elemento não segue um padrão de comportamento químico muito rígido, mas tem uma química muito semelhante à do tório e do urânio. Seus sais nos estados +4 e +5 sofrem hidrólise em água formando soluções muito ácidas, além de gerar um precipitado gelatinoso e grudento que é uma mistura de óxidos, hidróxidos e oxossais de composição muito complexa, difíceis de estudar. Não se sabe se são compostos mistos ou misturas de compostos. Este precipitado entope os poros dos filtros e acabam aderindo às paredes do frasco ou a outros precipitados, dificultando a purificação. Por causa desse inconveniente, sua química é ainda pouco conhecida. Para um melhor estudo da química do elemento, usa-se soluções concentradas de fluoreto, que forma com o elemento complexos solúveis e de composição mais simples de se identificar. O óxido Pa2O5 é o principal composto do elemento e é um óxido de básico a anfótero.

O elemento, devido à sua raridade e dificuldade de trabalho, ainda não tem nenhuma aplicação industrial fora da pesquisa científica. O elemento é extremamente tóxico.

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- Urânio (U)

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O urânio é de longe o actinídeo mais conhecido, por seu uso em usinas e armas nucleares. Ele é um metal branco-prateado brilhante e muito denso, com um aspecto semelhante ao níquel, com n° atômico 92 e massa de [238], que funde a 1132,2°C e ferve a 4131°C. O elemento é muito reativo e com uma química muito característica. O urânio resiste à oxidação pelo ar, podendo se manter brilhante por muito tempo; contudo é atacado quando pulverizado. Reage facilmente com ácidos, formando sais no estado de oxidação +4, facilmente oxidáveis ao estado +6. Com água quente, ele reage formando uma mistura do dióxido UO2 e o hidreto UH3, uma reação pouco comum. Os estados de oxidação do elemento são +3, +4, +5 e +6, sendo o +4 e (principalmente) o +6 os mais comuns.

O urânio existe nos estados de oxidação de +3 a +6, sendo este último o que domina a química do elemento. No estado +3, ele existe como o íon U(+3) (Urânio III) de cor azul lavanda, que se comporta como o actínio ou os lantanídeos, especialmente o neodímio (Nd). É um forte agente redutor, sendo facilmente oxidado ao estado +4 por oxidantes suaves e +6 por oxidantes mais fortes. Existe em compostos como o UH3, UCl3, UPO4, etc. O nox +4 é constituído pelo íon U(+4) (urânio IV ou uranoso), de cor esverdeada e uma química semelhante à do tório. Está presente em compostos tais como o UO2, o UF4, UCl4, U(SO4)2, etc. UO2 é um óxido básico e insolúvel em água. Este íon forma vários compostos comuns e complexos, sendo um agente redutor suave, que é oxidado pelo ar ao estado +6. O nox +5 ocorre em poucos compostos restritos, na forma de compostos como o pentafluoreto de urânio (UF5) e alguns sais e complexos do íon UO2(+), conhecido como uranila V. Este estado de oxidação é instável e sofre desproporcionamento aos estados +4 e +6. UF5 é verde escuro e os sais de UO2(+) são incolores. O estado +6 (urânio VI ou urânico) é o mais estável do urânio, ocorrendo em diversos compostos. É constituído pelo óxido anfótero UO3, pelo hexafluoreto de urânio (UF6) e por sais dos íons U2O7(-2) (diuranato) e UO2(+2) (uranila). Os sais do íon uranila são os compostos mais comuns de urânio, se comportando como cátions de metais alcalinoterrosos como o cálcio. Eles incluem o sulfato de uranila (UO2SO4), o nitrato de uranila (UO2(NO3)2), o carbonato UO2CO3, o hidróxido UO2(OH)2, o acetato UO2(CH3CO2)2, etc. O íon é muito estável e sua estrutura persiste em solução e no estado sólido, em compostos comuns ou complexos. O íon possui uma estrutura linear O-U-O em que cada átomo de oxigênio está firmemente ligado ao urânio por uma ligação dupla e uma dativa. O nox +6 é composto basicamente de compostos de uranila, pois sais simples de U(+6) não existem em solução aquosa.

O urânio é o actinídeo mais conhecido e que possui mais aplicações. Ele é utilizado sobretudo na fabricação dos combustíveis em reatores nucleares (na forma de urânio enriquecido, rico no isótopo U-235, que sofre facilmente reações de fissão nuclear), em armas nucleares, na obtenção de novos elementos, etc. Entre outros usos, destaca-se seu uso em certos vidros especiais que fluorescem sob luz uv, em certas tintas e esmaltes, como munição em certas armas (balas de urânio empobrecido), em algumas ligas, em técnicas de coloração citológica (como acetato de uranila, UO2(CH3CO2)2), como marcador radioativo, entre inúmeros outros usos.

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- Netúnio (Np)

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O netúnio é um metal prateado brilhante, muito denso e reativo, muito parecido com o urânio. Seu n° atômico é 93 e possui massa de [237]. Funde-se a 637°C e ferve a 4000°C É o mais denso de todos os actinídeos e possui características muito parecidas com as do urânio e plutônio. O elemento é muito reativo, reagindo facilmente com ácidos e água quente, mas resiste à oxidação pelo ar, devido a uma camada de passivação. É o primeiro elemento sintético transurânico e seu nome foi dado em homenagem ao planeta Netuno, descoberto na mesma época, em analogia à nomeação do urânio, que foi dada em homenagem à descoberta do planeta Urano. O elemento é raro na crosta terrestre, sendo considerado praticamente artificial. Ocorre em baixíssimas concentrações em minérios de urânio e é geralmente extraído de resíduos de reatores nucleares gastos, onde ocorre em quantidade apreciável. O netúnio possui a maior faixa de estado líquido entre todos os elementos conhecidos, com uma diferença de 3363°C entre o ponto de fusão e o de ebulição.

O netúnio existe em cinco estados de oxidação: +3, +4, +5, +6 e +7, sendo o +5 o estado mais comum. Np(+3) (Netúnio III) é um íon com uma cor roxo pálida, paramagnético, que se comporta de forma similar ao actínio, aos lantanídeos (especialmente o promécio, Pm) e os íons trivalentes de U e Pa. O netúnio trivalente é um agente redutor relativamente forte, porém mais estável que U e Pa trivalentes. É facilmente oxidado pelo ar a estados de oxidação mais elevados. Compostos incluem: o hidróxido totalmente básico e insolúvel Np(OH)3, o cloreto NpCl3, o fluoreto NpF3, usado na purificação do elemento, etc. O estado +4 é constituído pelo íon Np(+4) (Netúnio IV), de cor verde-amarelada, que se comporta de forma similar ao tório e U tetravalente. É um agente redutor suave que forma vários sais simples e complexos análogos aos de U(+4). O estado +5 (Netúnio V), o mais comum do elemento, é constituído pelo óxido Np2O5, fluoreto NpF5 e sobretudo pelo íon NpO2(+) (netunila V), estruturalmente semelhante ao UO2(+2), exceto que o estado de oxidação do Np é +5, e não +6. O íon tem uma cor verde-azulada e propriedades anfóteras. Forma vários sais comuns e muitos complexos, especialmente com doadores de O, que incluem NpO2(OH)2(-), NpO2(CO3)3(-5), NpO2(H2O)2(+), etc. O estado +6 (Netúnio VI) ocorre sobretudo em compostos contendo o íon NpO2(+2) (netunila VI), que possui uma cor rosa-salmão pálida e é um agente oxidante suave. Esse íon é química e estruturalmente semelhante ao íon uranila. Também são conhecidos compostos como o óxido anfótero NpO3 e o hexafluoreto volátil NpF6. O estado +7 ocorre no íon pernetunato (NpO5(-3)), um poderoso agente oxidante instável em solução, pois oxida a água a oxigênio. Os sais desse íon possuem uma cor muito escura, quase preta, e este nox é bastante raro. Compostos de valência mista, especialmente óxidos e haletos, são também conhecidos.

O netúnio é extraído de rejeitos de reatores nucleares e possui um potencial para ser usado para fins de geração de energia nuclear e mesmo em armas nucleares. Porém, é muito raro e caro e menos eficiente que o urânio ou plutônio. Atualmente, não possui muitas aplicações fora dos âmbitos de pesquisa. É usado como detector de nêutrons energéticos, para gerar o plutônio, etc.

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LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (Parte 2)

Posted by O Nerd da Quimica on 13 Ee julio Ee 2012 a las 11:00 Comments comentarios (1)

Obs.: Este artigo é a continuação do artigo Lantanídeos parte 1.

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Alguns óxidos de elementos terras-raras, que incluem o escâncio (Sc), o ítrio (Y) e todos os lantanídeos.

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- Gadolínio (Gd)

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O gadolínio é um metal prateado, porém relativamente duro em comparação com outros elementos da série. Seu número atômico é 64 e possui massa atômica de 157,2. Funde a 1312°C e ferve a 3273°C. Ao contrário dos outros lantanídeos, Gd resiste à oxidação em ar seco, mas se oxida facilmente no ar úmido. É muito reativo e reage facilmente com a água e se dissolve facilmente em ácidos. Gd existe na forma trivalente e os compostos do íon Gd(+3) são incolores. O óxido branco Gd2O3 é basico e o hidróxido correspondente (Gd(OH)3) é relativamente forte, porém mais fraco que o hidróxido dos lantanídeos anteriores. O elemento apresenta, assim como o Európio, o subnível 4f semipreenchido e ao contrário dos outros elementos vistos até aqui (exceto o lantânio), possui 1 elétron no subnível 5d, devido à maior estabilidade do subnível f semicheio. O íon Gd(+3) também fluoresce sob luz UV, emitindo um brilho esverdeado. O metal é fortemente magnético, sendo considerado o mais paramagnético de todos os elementos. Abaixo de 20°C, o gadolínio é ferromagnético, sendo facilmente atraído por ímans, sendo o único metal ferromagnético além do ferro, níquel e cobalto; porém acima dessa temperatura ele perde seu ferromagnetismo se tornando apenas paramagnético.

O Gd é um metal maleável e dúctil e confere algumas propriedades metalúrgicas incomuns ao aço quando adicionado a ele, melhorando sua trabalhabilidade e resistência. Em comparação com os outros lantanídeos o Gd é muito tóxico para os mamíferos na forma livre, mas pode ser utilizado em exames de ressonância magnética na forma de complexos, que são muito menos tóxicos. Os complexos de gadolínio são os mais conhecidos da série e o átomo de Gd em geral adota um elevado número de coordenação (8 ou 9). Um composto muito importante é o ácido gadotérico, usado como agente de contraste em ressonância magnética, e outros compostos tais como o gadoteridol.

O gadolínio é extensivamente utilizado como agente de contraste em ressonância magnética, devido às suas propriedades magnéticas incomuns. Complexos de Gd como o ácido gadotérico são componentes de contrastantes injetáveis. Alguns compostos de gadolínio também são utilizados em alguns dispositivos devido à sua fluorescência. O elemento tem uma alta seção de captura de nêutrons, sendo usado como agente moderador em usinas nucleares, absorvendo alguns nêutrons para impedir que a reação em cadeia de fissão nuclear saia do controle.

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3) 4) 5)

Gadolínio metálico (1) e seus compostos: 2) Óxido de gadolínio (Gd2O3); 3) Cloreto de gadolínio (GdCl3) e 4) molécula do ácido gadotérico (C16H25GdN4O8 ), um complexo de gadolínio muito usado em exames de ressonância magnética. O gadolínio é muito utilizado como elemento traçador em ressonância magnética, em parte por sua baixa toxicidade e em parte por seu elevado magnetismo (o Gd é o mais paramagnético de todos os elementos). 5) Complexo de gadolínio para injeção em ressonância magnética.

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- Térbio (Tb)

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O térbio é um metal branco-prateado com número atômico 65 e massa de 158,9 que funde a 1356°C e ferve a 3230°C. É um metal maleável e dúctil, macio o suficiente para ser cortado com uma faca. É relativamente estável no ar, em comparação com outros lantanídeos. Entretanto, é facilmente oxidável, muito eletropositivo e reativo. Porém, como os outros lantanídeos depois do gadolínio, seu hidróxido é uma base mais fraca e menos solúvel que o dos lantanídeos anteriores; a eletronegatividade é um pouco mais alta e a reatividade é um pouco menor. Os compostos de térbio trivalente fluorescem sob luz ultravioleta, emitindo uma luz esverdeada a amarelo cremosa. O térbio é quimicamente similar aos demais lantanídeos, mas, assim como os lantanídeos posteriores, tende a ter propriedades menos intensas, assemelhando-se mais ao ítrio que ao lantânio. Em solução, o térbio só existe na forma de íon trivalente.

O térbio apresenta os estados de oxidação +3 e +4, sendo o primeiro de longe muito mais estável que o último. O térbio trivalente (Tb(+3)) é um íon incolor, apresentando fluorescência verde-amarelada sob luz UV. Sua química é similar à dos outros elementos do grupo, especialmente Gd. O térbio tetravalente é um poderoso agente oxidante, existindo em alguns poucos compostos no estado sólido e oxida prontamente a água a O2. Só existe na forma do tetrafluoreto TbF4, no dióxido TbO2, na composição do óxido misto Tb4O7 e em alguns outros compostos.

As aplicações incluem: dopante para geração de fluorescência em alguns materiais, como aditivo em fosfóreo para gerar luz verde amarelada, usado por exemplo nos pixels de TV e lâmpadas fluorescentes para iluminação tricromática, na geração de ligas em circuitos eletrônicos, etc.

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1) Térbio metálico (Tb); 2) Óxido de térbio (III,IV) (Tb4O7); 3) Sulfato de térbio III (Tb2(SO4)3) à luz normal e 4) esse mesmo composto visto sob a luz ultravioleta. Todos os compostos de Tb trivalente fluorescem emitindo luz esverdeada ou amarelada quando iluminados com luz ultravioleta. 5) Uma lâmpada fluorescente verde contém pequenas quantidades de óxido de térbio III (Tb2O3) entre os componentes da camada de material fluorescente, responsáveis pela luz (no caso amarelo-creme) emitida.

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- Disprósio

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O disprósio é um metal eletropositivo que se assemelha ao térbio e ao hólmio. possui número atômico 66 e massa atômica de 162, funde a 1407°C e ferve a 2562°C. Seu nome significa, literalmente, "sem rosto", difícil de identificar, devido à sua separação muito difícil dos outros elementos do grupo. O disprósio existe como íon trivalente em todos os compostos e sua química é coerente com a dos lantanídeos tardios (após o Európio), especialmente seus vizinhos diretos, térbio e hólmio. O elemento é um metal muito eletropositivo, reativo e facilmente oxidável, macio o suficiente para ser cortado com uma faca. Seu óxido é básico e o hidróxido correspondente é uma base de moderada a fraca. O íon Dy(+3) é muito paramagnético e seus compostos são em geral incolores ou amarelados.

Os sais de disprósio são pouco tóxicos e em geral incolores ou amarelo-pálidos. O metal reage facilmente com a água, formando o hidróxido Dy(OH)3. Os halogenetos tendem a ser amarelos enquanto que outros sais são brancos. O óxido Dy2O3 é um pó branco altamente magnético, sendo ainda mais magnético que a magnetita, podendo ser atraído por um íman ou atuar como um. O sulfato de disprósio, tal como os sulfatos de outros lantanídeos, são menos solúveis que a maioria dos outros sulfatos, especialmente em água quente.

O disprósio é utilizado, juntamente com o vanádio, como componente de alguns tipos de laser e em iluminação comercial, como agente de captura de nêutrons em usinas nucleares, em aparelhos emissores de radiação infravermelha na forma de calcogenetos de Dy e cádmio, em discos rígidos, devido à susceptilidade de magnetização exibida por seus compostos, em ligas magnéticas especiais, etc.

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1) Disprósio metálico; 2) sulfato de disprósio (Dy2(SO4)3); 3) óxido de disprósio (Dy2O3); 4) cloreto de disprósio (DyCl3).

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- Hólmio

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O hólmio é o elemento de número atômico 67, com massa 165, que funde a 1461°C e entra em ebulição a 2720°C. O metal é muito eletropositivo, macio, se oxida facilmente e reage com a água de forma similar aos outros elementos congêneres. O elemento, contudo, é bastante resistente à corrosão em ar seco, mas é rapidamente oxidado em ar muito úmido. Existe em compostos quase em sua totalidade como íon trivalente Ho(+3), que apresenta a notável propriedade de ser fluorescente e também variar a cor conforme o tipo de iluminação, algo similar com o que ocorre com o Neodímio. O elemento é muito paramagnético, o óxido amarelo ou rosa Ho2O3 é básico e o hidróxido correspondente é uma base de média a fraca.

O hólmio exibe uma propriedade curiosa e muito interessante: seus compostos são fluorescentes e sua cor pode mudar de acordo com as condições ou o tipo de iluminação. O óxido de hólmio é amarelo-creme sob a luz do Sol, mas se torna rosa intenso sob iluminação com lâmpadas fluorescentes. A mudança dramática de cores ocorre porque o íon Ho(+3) absorve e reflete luzes de comprimentos de onda distintos conforme o tipo de iluminação. Por apresentar uma absorção afiada em uma faixa do espectro, soluções de sais de hólmio em ácido perclórico (HClO4) são usadas para calibrar espectroscópios. A química do Ho é similar à dos outros lantanídeos posteriores, especialmente Dy e Er. Os sais são em geral amarelos ou rosados de acordo com as condições de iluminação. O metal é muito reativo e reage com ácidos diluídos e até mesmo com a água, liberando hidrogênio formando o hidróxido Ho(OH)3.

O hólmio é muito utilizado em algumas ligas magnéticas especiais junto com o ítrio, devido ao seu magnetismo incomum. Soluções de Ho(+3) em HClO4 são usadas como padrão de calibragem de espectroscópios. O elemento é usado ainda na produção de aparelhos de micro-ondas, superímans, lasers, na produção de vidros coloridos. Encontra também aplicações na indústria nuclear, por sua elevada seção de captura de nêutrons.

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1) O hólmio metálico. 2) Óxido de hólmio (Ho2O3) mostrando suas cores distintas de acordo com o tipo de iluminação: sob a luz do Sol (frasco à esquerda) e sob iluminação artificial (à direita); 3) Nitrato de hólmio (Ho(NO3)3) sob luz artificial; 4) Sulfato de hólmio (Ho2(SO4)3) em condições diferentes de iluminação; 5) solução de perclorato de hólmio (Ho(ClO4)3) em ácido perclórico (HClO4), utilizada como padrão para calibragem de espectroscópios e 6) Liga formada por Ho, magnésio e zinco, um exemplo de quasicristal.

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- Érbio

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O érbio é um metal muito eletropositivo com um número atômico igual a 68 e massa atômica de 167,26, que funde a 1529°C e entra em ebulição a 2868°C. O elemento é trivalente e é estável no ar, não se oxidando facilmente como os outros lantanídeos. É muito paramagnético e reativo, reagindo lentamente com a água a temperatura ambiente e mais rapidamente em água quente, formando hidróxido de érbio, uma base relativamente fraca. Também reage facilmente com ácidos diluídos. O elemento ocorre somente no estado trivalente e seus sais são cor de rosa, exibindo fluorescência e uma absorção afiada no espectro eletromagnético. Muitas de suas propriedades são muito similares às do hólmio.

O érbio forma sais rosados que fluorescem sob determinadas ocasiões. O elemento é fortemente paramagnético e possui picos afiados de absorção na região do ultravioleta, infravermelho e na região da luz visível. Os sais brilham rosados sob a luz do Sol devido à sua fluorescência e podem ser usados na produção de lasers e vidros coloridos, entre vários outros usos. O óxido Er2O3 é totalmente básico e o hidróxido correspondente, Er(OH)3, é uma base de média a fraca, como os hidróxidos de lantanídeos tardios. Os sais de Er apresentam belas cores e por isso são utilizados na fabricação de alguns objetos de decoração. O sulfato de érbio, assim como os demais sulfatos de lantanídeos, é pouco solúvel em água a quente.

Entre os usos do elemento, destacam-se suas aplicações na produção de lasers, na fabricação de vidros coloridos, porcelanas e cristais dopados (como óxido), na produção de superímans, vidros de óculos de sol, na fabricação de ligas especiais, etc.

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1) Érbio metálico; 2) cloreto de érbio (ErCl3), um sal cor de rosa que exibe fluorescência sob a luz solar, acentuando ainda mais sua cor; 3) cristais de acetato de érbio hidratado (Er(CH3CO2)3.nH2O); 4) Nitrato de érbio (Er(NO3)3); 5) óxido de érbio (Er2O3) e 6) vidro de érbio, produzido acrescentando-se Er2O3 ao vidro durante sua fabricação, muito usado em certos óculos de sol feitos de vidro.

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- Túlio

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O túlio é um metal prateado, relativamente estável no ar e um pouco mais duro que os outros lantanídeos, sendo o mais raro entre eles que ocorre na Natureza. Apresenta uma massa de 168,9 e número atômico 69; funde a 1545°C e entra em ebulição a 1950°C. O metal no estado líquido é muito volátil, evaporando facilmente. É um elemento muito eletropositivo e reativo, mas é relativamente estável ao ar seco, não se oxidando facilmente nestas condições. Contudo, oxida em ar úmido e reage lentamente com a água (mais rapidamente a quente), formando Tm(OH)3, uma base relativamente fraca. O túlio é o menos abundante lantanídeo de ocorrência natural, existindo na forma trivalente em seus compostos. Os sais são de incolores a verde pálidos e paramagnéticos.

O túlio reage com ácidos diluídos e lentamente com a água formando sais contendo o íon verde muito pálido Tm(+3); se oxida ao ar, especialmente em temperaturas elevadas, formando o óxido branco e totalmente básico Tm2O3, que serve de base para a química do elemento. Compostos deste elemento são relativamente raros e pouco disponíveis na indústria, devido à sua relativa raridade e ao alto preço. O túlio reage com os halogênios formando haletos solúveis; o sulfato é pouco solúvel e o oxalato é insolúvel, como os oxalatos de todos os lantanídeos. Nenhum composto do elemento possui utilização apreciável na indústria.

O túlio possui poucas aplicações industriais, mas algumas delas são relativamente importantes. Entre elas, podemos destacar a produção de lasers especiais, a produção de alguns supercondutores de alta temperatura, na produção de compostos magnéticos para produção de micro-ondas, etc. Isótopos radioativos do elemento são usados em alguns aparelhos de emissão de raios X.

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1) Túlio metálico; 2) óxido de túlio (Tm2O3) e 3) sulfato de túlio (Tm2(SO4)3).

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- Itérbio

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O itérbio é o penúltimo lantanídeo, por vezes considerado o último elemento do bloco F no sexto período. Apresenta número atómico 70 e massa atômica de 173; funde a 824°C e vaporiza-se a 1196°C. O metal é muito eletropositivo, reagindo lentamente com a água a frio e lentamente com o ar. Se dissolve em ácidos diluídos formando sais incolores. O óxido Yb2O3 é totalmente básico e o hidróxido correspondente Yb(OH)3, como as bases de lantanídeos tardios, é uma base de média a fraca. O elemento é trivalente mas também apresenta-se em uma forma divalente, facilmente oxidável. O itérbio tem o menor intervalo de fase líquida entre todos os metais.

Quando finamente dividido, o metal itérbio é pirofórico, queimando espontaneamente ao ar com uma chama verde-esmeralda. O elemento existe como íon trivalente que forma sais incolores, com uma química similar à dos outros lantanídeos. Contudo, a exemplo do Európio, apresenta também uma forma divalente relativamente estável. Tanto os compostos de Yb(+3) quanto os de Yb(+2) são bem conhecidos. O metal é muito eletropositivo e se oxida lentamente ao ar, além de reagir com a água, lentamente a frio e muito mais rapidamente a quente. O estado divalente do itérbio apresenta uma química distinta do padrão observado normalmente nos lantanídeos, apresentando, assim como Eu(+2) e Sm(+2), uma química semelhante à dos metais alcalinoterrosos, especialmente o bário.

Entre as aplicações, destaca-se seu uso metalúrgico: traços de itérbio no aço inox concede melhor refinamento de grãos que ajudam a aumentar a integridade e a resistência do aço. Além disso, o itérbio trivalente é usado como um dopante em materiais ópticos, como lasers e fibras ópticas, entre outros aparelhos. 

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1) Itérbio metálico; 2) cloreto de itérbio III (YbCl3); 3) nitrato de itérbio III (Yb(NO3)3) e 4) fluoreto de itérbio III (YbF3). 

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Lutécio

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O lutécio é o último lantanídeo, por vezes considerado um metal de transição, já que seu subnível f já se encontra completo. Tem número atômico igual a 71 e massa atômica de 174,9; funde a 1652°C e vaporiza-se a 3402°C. O elemento é um metal muito eletropositivo que se oxida ao ar e reage lentamente com a água formando o hidróxido Lu(OH)3. Ao contrário dos hidróxidos de outros lantanídeos, o hidróxido de lutécio é uma base fraca e insolúvel em água. Os sais de lutécio são todos trivalentes e o íon Lu(+3) é incolor e diamagnético, uma vez que não possui elétrons desemparelhados.

O lutécio é quimicamente coerente com os demais lantanídeos, mas fisicamente apresenta umas diferenças significativas. Os sais comuns do elemento são todos incolores (exceto o iodeto) e apresentam as propriedades comuns dos sais de lantanídeos: os haletos (exceto o fluoreto) são solúveis, o sulfato é pouco solúvel, o carbonato é muito pouco solúvel e o oxalato é altamente insolúvel. Os complexos de Lu possuem número de coordenação elevado (geralmente 9) e são muito estáveis. A química do Lu lembra mais a química do ítrio e dos lantanídeos tardios que a química do lantânio. O elemento apresenta a maior dureza e densidade entre os lantanídeos, temperaturas de fusão e ebulição mais elevadas e um raio atômico menor, apresentando portanto um maior caráter covalente que os outros lantanídeos. Muitas de suas propriedades são similares às do ítrio.

O lutécio possui poucas aplicações comerciais, devido à sua raridade e ao preço elevado. um dos principais usos do elemento é na forma de granada de alumínio-lutécio (Al5Lu3O12), utilizada na fabricação de dispositivos de alto índice de refração. Muitos materiais dopados com lutécio são usados em dispositivos de memória de bolha de computadores. Isótopos radioativos são usados como traçadores tanto geológicos quanto biológicos. Este último contém ocreotato de lutécio-177, que é utilizado experimentalmente no tratamento de tumores neuroendócrinos. O tantalato de lutécio (LuTaO4) é o material branco não-radioativo mais denso conhecido, podendo ser utilizado como suporte para fosfóreos que fluorescem sob os raios X.

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1) Lutécio metálico; 2) óxido de lutécio (Lu2O3) e 3) Sulfato de lutécio (Lu2(SO4)3).

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Veja também a próxima postagem, onde falaremos sobre os Actinídeos.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES 

LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (Parte 1)

Posted by O Nerd da Quimica on 4 Ee abril Ee 2012 a las 15:00 Comments comentarios (0)

Veja Também: lantanideos.doc

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Nesta postagem iremos falar sobre dois grupos de elementos pouco conhecidos pelos estudantes: os lantanídeos e os actinídeos. Esses elementos normalmente não são estudados no ensino fundamental e médio e intrigam muitos estudantes, por se situarem à parte na Tabela Periódica. Estudaremos aqui as propriedades químicas e físicas dos elementos desses grupos.

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--> OS LANTANÍDEOS

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Veja mais em:  Lantanídeos.doc

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Os lantanídeos compreendem a série de 15 elementos consecutivos que vai desde o lantânio (La) até o lutécio (Lu). São todos metais prateados moles, muito reativos, trivalentes e muitos deles apresentam um magnetismo pronunciado.

O elétron de diferenciação desses elementos situa-se em orbitais pertencentes ao subnível f, que não participa das ligações químicas desses elementos. Devido a isso e ao raio atômico semelhante, todos esses elementos apresentam propriedades químicas e físicas muito similares, de modo que eles em geral ocorrem todos juntos em seus minerais, tornando difícil a separação. A separação entre os lantanídeos é complicada e explora as sutis diferenças entre as propriedades químicas desses elementos.

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- Estrutura atômica:

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Estrutura atômica do praseodímio (Pr), ressaltando seus elétrons de diferenciação no subnível 4f.

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O envoltório exterior dos átomos, em que os elétrons circulam em diferentes orbitais ou níveis de energia, apresenta vários tipos de distribuição. Existem quatro tipos de orbitais: s, p, d e f, que admitem, respectivamente, o máximo de dois, seis, dez a catorze elétrons, agrupados em pares. Os lantanídeos caracterizam-se pelo fato de que seus elétrons apresentam um orbital f no quarto nível de energia. Essa disposição eletrônica explica a maioria das propriedades físicas e químicas desses elementos.

Os lantanídeos comportam-se como elementos trivalentes por possuírem três elétrons nos níveis mais externos dos átomos que participam em ligações de valência. Devido a sua estrutura, todos têm propriedades semelhantes. O cério, o praseodímio e o térbio existem também no estado tetravalente. O samário, o európio e o itérbio formam compostos divalentes, facilmente oxidáveis.

Esses elementos apresentam seus elétrons de diferenciação no subnível 4f. Estes elétrons não participam das ligações entre os átomos, por se situar em uma camada mais interna do átomo. Por causa disso, muitos lantanídeos são elementos fortemente paramagnéticos e formam sais coloridos devido à presença de elétrons desemparelhados. Contudo, pela falta de interações entre esses elétrons com outros átomos, as cores são em geral mais claras, em tons pastéis suaves. Muitos lantanídeos apresentam sais e óxidos cujas cores podem variar de acordo com o tipo de iluminação, como o érbio, o hólmio e o neodímio. Alguns fluorescem fortemente quando iluminados por luz ultravioleta, como o európio (brilho vermelho) e o térbio (brilho esverdeado).

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- Comportamento Químico:

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O mischmetal é uma liga composta por uma mistura de todos os lantanídeos (exceto o promécio) nas proporções em que ocorrem na natureza. O principal componente é o cério (Ce), por ser o lantanídeo mais abundante, seguido pelo lantânio (La). É muito usado na fabricação das pedras para isqueiros, devido à formação de faíscas quando atritado contra uma superfície áspera. As faíscas são formadas pela queima espontânea das pequenas partículas desbastadas do metal durante o atrito.  

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As propriedades de todos os elementos da série são muito similares. Eles apresentam, com algumas alterações, as propriedades químicas gerais do lantânio: são metais moles, branco-prateados, eletropositivos e muito reativos. Não são encontrados livres na Natureza. Esses metais se oxidam com muita facilidade, inclusive reagem com a água com liberação de gás hidrogênio, mesmo a frio. Se dissolvem rapidamente de forma vigorosa em ácidos, liberando calor. Formam íons trivalentes com uma química similar à de elementos como o escândio e o ítrio. Todos se oxidam ao ar e na forma pulverizada são pirofóricos, isto é, podem queimar espontaneamente em contato com o ar. Os sulfatos no estado trivalente apresentam solubilidade decrescente com o aumento da temperatura, enquanto os cloretos são muito solúveis em água e altamente higroscópicos. Os óxidos são totalmente básicos e facilmente solúveis em ácidos, formando sais iônicos. Muitos cátions de lantanídeos podem formar complexos de coordenação, em geral contendo 8 a 9 ligantes ao invés de 6 como nos metais de transição. Os lantanídeos geralmente preservam a cor dos seus íons após a complexação, não ocorrendo alterações significativas como no caso dos metais de transição.

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Elementos da série:

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- Lantânio (La)

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O lantânio é o elemento que encabeça a série dos lantanídeos, embora a rigor ele não seja considerado um elemento de transição interna, pois não possui elétrons no subnível 4f. Apresenta número atômico 57, massa igual a 139, funde a 920°C e ferve a 3464°C. É um metal branco prateado e macio o suficiente para ser cortado com uma faca, muito reativo, oxidando-se rapidamente em contato com o ar. É muito eletropositivo, sendo por isso muito reativo. Reage com a água liberando hidrogênio para formar o hidróxido de lantânio (La(OH)3), uma base relativamente forte e pouco solúvel. Reage vigorosamente com ácidos mesmo diluídos, formando sais incolores contendo o íon diamagnético La(+3). O óxido La2O3 é completamente básico.

O lantânio é trivalente, apresentando quase sempre o estado de oxidação +3. Apresenta muitas propriedades semelhantes às do ítrio e seu comportamento químico é muito semelhante ao dos outros lantanídeos no estado trivalente, sendo por isso considerado padrão. Algumas propriedades do lantânio se assemelham às dos metais alcalino-terrosos.

Entre as aplicações do elemento, destacam-se seu uso em cátodos emissores de elétrons (como hexaboreto de lantânio), tratamento para insuficiência renal (carbonato de lantânio (La2(CO3)3)), fabricação de pedra para isqueiros (Auermetal, liga de 65% de mischmetal com 35% de ferro), na fabricação de vidros ópticos especiais, como catalisador no craqueamento do petróleo, como elemento de liga adicionado ao aço (aumenta a maleabilidade e flexibilidade), etc. 

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1) Lantânio metálico; 2) óxido de lantânio (La2O3); 3) Nitrato de lantânio (La2(NO3)3) e 4) Cátodo emissor de elétrons usado em microscópios eletrônicos, composto por hexaboreto de lantânio, LaB6 (parte rosa). 

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- Cério (Ce)

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O cério é o lantanídeo mais abundante e o mais importante na indústria, apresentando diversas aplicações. Possui número atômico 58, massa de 140,1, funde a 795°C e entra em ebulição a 3443°C. É o primeiro elemento realmente de transição interna, uma vez que já possui elétrons em seu subnível 4f. É um metal branco-prateado muito macio, eletropositivo e muito reativo, parecido com o lantânio. Assim como ele, também reage com a água (lentamente a frio e rapidamente a quente), reage vigorosamente com ácidos e se oxida facilmente ao ar. O metal pode entrar em combustão espontânea, especialmente quando finamente dividido, sendo por isso muito pirofórico. Quando atritado contra uma superfície áspera, as partículas de Ce desmembradas entram em combustão espontânea, gerando faíscas. É incompatível com os não-metais, o ferro e o antimônio, com os quais reage muito exotermicamente, podendo causar incêndios.

 O cério pode ser encontrado nos estados de oxidação +3 e +4. O cério trivalente forma compostos incolores contendo o íon paramagnético Ce(+3) (íon  cério III ou ceroso), quimicamente muito parecido com o lantânio, apresentando diversas características similares. O óxido Ce2O3 é totalmente básico e o hidróxido Ce(OH)3 é similar ao do lantânio, sendo uma base relativamente forte mas pouco solúvel. O elemento no estado +4 (cério IV ou cérico) apresenta uma química completamente diferente da do cério trivalente. O cério tetravalente (Ce(+4) ) é um poderoso agente oxidante, mais forte que o cloro. Seus sais são coloridos (amarelados ou avermelhados), devido às transições de transferência de carga entre o íon Ce(+4) e os ligantes. Também têm um maior caráter covalente e uma maior tendência a formar complexos com número de coordenação elevados. A base Ce(OH)4 é bem mais fraca que o Ce(OH)3 e bem menos solúvel em ácidos diluídos, de modo que o cério é o lantanídeo mais fácil de separar. Sais de cério IV como o sulfato cérico ou o nitrato cérico de amônio são extensivamente utilizados na indústria química como oxidantes.

 Entre as aplicações do Ce, destacam-se seu uso em pedras para esqueiros, sendo o componente majoritário e o responsável pelo faiscamento. O dióxido de cério (CeO2) é utilizado em mistura a 1% com o dióxido de tório (ThO2) na fabricação das camisas de lampião a gás. Também é utilizado como revestimento em fornos autolimpantes. Sais do elemento no estado tetravalente são oxidantes úteis em química analítica e na indústria. Compostos de cério III, especialmente o óxido, são usados no craqueamento catalítico do petróleo.

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1) Cério metálico. O cério é o lantanídeo mais abundante e o mais importante comercialmente; 2) Sulfato de cério IV (sulfato cérico, Ce(SO4)2), um sal de cério tetravalente muito oxidante e importante na indústria; 3) nitrato cérico de amônio ((NH4)2[Ce(NO3)6]), um oxidante muito usado em sínteses orgânicas, muito importante na indústria química. 4) Cloreto de cério III (CeCl3); 5) Sulfato ceroso (sulfato de cério III, Ce2(SO4)3), um composto cuja solubilidade diminui com o aumento da temperatura.

  

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- Praseodímio (Pr)

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O praseodímio é um metal branco-prateado macio e muito reativo, assim como os outros lantanídeos. Seu número atômico é 59, sua massa atômica é 141, funde a 935°C e entra em ebulição a 3520°C. Se oxida facilmente no ar, porém mais lentamente que os elementos anteriores, formando um revestimento verde do óxido Pr2O3 que não é aderente e permite oxidação adicional do metal. É um metal muito reativo e eletropositivo, reagindo facilmente com água, ácidos e com o ar. Seus sais no estado trivalente são paramagnéticos e possuem uma cor verde clara característica. O praseodímio é muito semelhante aos outros lantanídeos, em especial ao neodímio (Nd), sendo os dois elementos quimicamente quase idênticos.

O elemento pode ser encontrado nos estados de oxidação +3 e +4, sendo o primeiro muito mais comum e estável. Seus sais no estado trivalente são similares aos do lantânio, porém são paramagnéticos e fortemente coloridos. O íon Pr(+3) apresenta uma bela cor verde brilhante em todos os seus compostos, desde que o ânion não seja colorido, em contraste com os cátions trivalentes do La e Ce que são incolores. O estado de oxidação +4 é um oxidante extremamente poderoso, oxidando a água a oxigênio e o ácido clorídrico a cloro. Praseodímio tetravalente não existe em solução, podendo ser encontrado apenas no estado sólido como o óxido PrO2, o fluoreto PrF4, em alguns complexos e na composição do óxido misto Pr6O11 (Pr2O3.4PrO2).

O praseodímio é muito utilizado na indústria. Entre suas aplicações, estão seu uso como catalisador ("óxido de didímio", etc), seu uso na fabricação de esmaltes verde-amarelados, em vidros especiais como no vidro verde de praseodímio, no vidro de didímio usado em óculos de soldadores, em liga com magnésio para criar metais de alta resistência para motores de aviões, na pedra de isqueiros (contém até 4% de Pr), na fabricação de alguns tipos de ímans, etc.

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1) Praseodímio metálico; 2) cloreto de praseodímio III (PrCl3); 3) sulfato de praseodímio III (Pr2(SO4)3). Os compostos de Pr trivalente apresentam todos uma cor verde clara brilhante característica, responsável pelo próprio nome do elemento (do grego prasios = verde). 4) Vidro de praseodímio, produzido misturando óxido de praseodímio III (Pr2O3) ao vidro durante sua fabricação. 5) O vidro destes óculos contém em sua composição o "óxido de didímio" ((Pr,Nd)2O3), uma mistura de óxido de praseodímio com óxido de neodímio. O vidro de didímio é usado em óculos de segurança para soldagem de metais, pois filtra grande parte dos raios ultravioleta e o brilho excessivo, impedindo assim o desenvolvimento de problemas oculares severos.

 

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- Neodímio (Nd)

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O neodímio é um metal branco prateado com um magnetismo acentuado, macio, muito eletropositivo e muito reativo, oxida facilmente no ar (mais facilmente que o praseodímio), formando uma camada de óxido (Nd2O3) que não adere ao metal e permite oxidação adicional. Seu número atômico é 60, sua massa é de 144,2, funde a 1024°C e entra em ebulição a 3074°C. É encontrado apenas no estado trivalente e é muito semelhante quimicamente aos demais lantanídeos, especialmente o praseodímio, apresentando propriedades químicas quase idênticas a ele, exceto pela cor dos seus sais e por não apresentar um nox +4 como o praseodímio. O metal reage com ácidos (vigorosamente) e com a água liberando H2. O íon Nd(+3) apresenta uma cor rosa-lilás característica e apresenta a característica peculiar de variar a tonalidade de acordo com o tipo de iluminação, devido à absorção de luz em regiões diferentes do espectro conforme o tipo de luz. A cor torna-se rosa violáceo sob a luz do Sol, tornando-se azul pálido sob a luz de uma lâmpada fluorescente ou mesmo incolor em algumas condições.

O elemento é trivalente e seus compostos apresentam uma coloração lilás que varia de acordo com a iluminação. O elemento é muito paramagnético por apresentar 4 elétrons desemparelhados no subnível 4f, sendo muito utilizado na fabricação dos famosos ímans de neodímio, formado por uma liga de ferro, boro e Nd (Nd2Fe14B). Estes ímans apresentam um campo magnético muito intenso, apresentando por isso diversas aplicações. Vidros de neodímio são ítens procurados por muitos colecionadores devido à sua variação de cor com a luz. O óxido é totalmente básico, reagindo com a água para formar uma base (Nd(OH)3) relativamente forte.

Entre as aplicações, destacam-se seu uso na fabricação de ímans especiais (íman de neodímio, os magnetos permanentes mais fortes conhecidos), na fabricação de vidros coloridos (vidro de neodímio e o vidro de didímio), na produção de lasers de infravermelho, como catalisador (óxido de didímio), etc. O neodímio é um importante constituinte do mischmetal, tendo uma proporção de cerca de 18%.

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1) Neodímio metálico; 2) óxido de neodímio III (Nd2O3); 3) Cloreto de neodímio (NdCl3); 4) cristais de sulfato de neodímio (Nd2(SO4)3); 5), 6) e 7) alguns compostos de neodímio em condições diferentes de iluminação: sob a luz fluorescente (5), sob iluminação tricromática (6) e sob a luz do Sol (7). 8.) Vidro de neodímio, produzido acrescentando-se Nd2O3 ao vidro durante sua fabricação. 9) O vidro de Nd varia de coloração conforme o tipo iluminação: sob luz fluorescente (à esquerda) e sob luz normal (à direita). Algo similar ocorre com o érbio e o hólmio.

 

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- Promécio (Pm)

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O promécio é um elemento sintético e radioativo que não ocorre na Natureza. É produzido artificialmente em laboratório ou extraído dos resíduos de reatores nucleares, onde é gerado na fissão nuclear do urânio. Seu número atômico é 61 e sua massa atômica é de [145]; funde a 1042°C e entra em ebulição a 3000°C. O promécio é um elemento radioativo e o metal e seus compostos brilham no escuro por causa da radiação. É um metal muito reativo como os outros lantanídeos, eletropositivo e exclusivamente trivalente. O íon Pm(+3) apresenta uma cor rosa muito pálida, quase incolor (podendo em alguns casos se tornar vermelha ou amarela), é paramagnético, seu óxido é básico e o hidróxido Pm(OH)3 é fortemente básico. O elemento é um emissor de partículas beta e é raramente utilizado ou encontrado fora dos laboratórios.

As propriedades químicas do promécio são coerentes com as dos outros lantanídeos e são intermediárias entre as do neodímio e samário. O metal reage facilmente com o ar, com ácidos e com a água, podendo reagir explosivamente quando finamente dividido. Assim como os outros lantanídeos, quimicamente o elemento é pouco tóxico, mas sua radiação o torna muito perigoso, especialmente em grande quantidade. O elemento durante o decaimento pode emitir raios X. O isótopo Pm-147 não emite raios gama; suas emissões são pouco penetrantes e possui uma meia-vida relativamente longa, sendo por isso seguro e muito eficiente.

Fora dos laboratórios, há poucas aplicações para o elemento. Seu principal uso é em tintas fosforescentes, em relógios que brilham no escuro e dispositivos do gênero, onde traços de compostos de Pm são adicionados juntamente com um composto que fluoresce sob a radiação do elemento. Rádio (Ra) e trítio (hidrogênio-3, ³H ou "T") também são usados para este fim, mas vem sendo substituídos pelo promécio por ele ser mais seguro e eficiente. Outros usos incluem baterias atômicas, medidores de espessura de chapas metálicas, etc.

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1) Promécio metálico; 2) Cloreto de promécio (PmCl3). Os compostos de promécio brilham no escuro por causa da radiação; 3) Tinta luminescente contendo alguns compostos de promécio responsáveis pela fluorescência.

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- Samário (Sm)

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O samário é um elemento metálico, muito reativo como os outros lantanídeos. Seu número atômico é 62, sua massa é de 150,1, funde a 1072°C e entra em ebulição a 1794°C. Ao contrário dos outros lantanídeos, o samário metálico é relativamente duro (sua dureza é comparável à do zinco), mas ainda é muito reativo e se oxida prontamente em contato com o ar. O samário é muito eletropositivo, porém é um pouco mais eletronegativo (pouco menos de um décimo de eletronegatividade) que os outros lantanídeos anteriores a ele. Reage facilmente com a água e rapidamente com os ácidos. O samário pode ser encontrado nos estados de oxidação +2 e +3, o primeiro é um agente redutor muito útil em alguns laboratórios, enquanto o último é muito mais comum e estável. O samário possui um ponto de ebulição relativamente baixo, sendo o terceiro lantanídeo mais volátil depois do itérbio e o európio, podendo ser facilmente separado de seus minérios a altas temperaturas.

O samário ocorre nos estados de oxidação +2 e +3. O samário trivalente (+3) é quimicamente similar aos outros lantanídeos. O íon Sm(+3) é muito paramagnético e apresenta uma cor amarelada muito pálida, quase incolor. O sulfato Sm2(SO4)3 é pouco solúvel, o cloreto SmCl3 é altamente solúvel e muito higroscópico, o óxido é basico e o hidróxido Sm(OH)3 é uma base relativamente forte. O estado bivalente (+2) é um forte agente redutor, com um comportamento distinto da forma trivalente e quimicamente semelhante aos metais alcalino-terrosos, especialmente o bário (Ba), de modo que o carbonato SmCO3 e o sulfato SmSO4 são insolúveis em água. O íon Sm(+2) apresenta uma cor vermelho-sangue característica e é muito utilizado como agente redutor em algumas reações, como na reação de barbier, que usa o iodeto de samário II (SmI2).

Entre as aplicações desse elemento, destacam-se seu uso na indústria química como agente redutor (forma divalente), na fabricação dos poderosos ímans de samário-cobalto, como reagente químico e catalisador (decomposição de plásticos, desidrogenação do etanol, ácido de lewis para reações de friedel-crafts com alcenos, etc); adicionado ao vidro o óxido de samário III aumenta a absorção de radiação ultravioleta. Alguns radioisótopos do elemento são usados para matar células cancerosas. O samário também é um constituinte (em pequena quantidade) da pedra de isqueiros.

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Samário (Sm): Na forma metálica (1) e na forma de compostos: 2) solução saturada de sulfato de samário III (Sm2(SO4)3); 3) óxido de samário III (Sm2O3); 4) cloreto de samário III (SmCl3); 5) Cloreto de samário II (SmCl2).

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- Európio (Eu)

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O európio é um metal branco-prateado relativamente duro em relação aos outros lantanídeos. Apresenta o número atômico 63 e massa igual a 152, funde a 826°C e entra em ebulição a 1529°C. O európio tem o ponto de fusão mais baixo entre os lantanídeos e o segundo ponto de ebulição mais baixo depois do itérbio. O európio é um lantanídeo peculiar, com algumas diferenças em relação aos outros. Ele é o elemento mais reativo da série, reagindo prontamente com o ar formando um revestimento amarelo de carbonato de európio II. Reage facilmente com a água de modo similar ao cálcio e vigorosamente com os ácidos. Na forma de pó, pode entrar violentamente em combustão, podendo causar incêndios. Embora normalmente trivalente, o Eu pode prontamente formar compostos divalentes estáveis com agentes oxidantes mais fracos. Isso ocorre por causa da estabilização do seu subnível 4f semipreenchido com 7 elétrons, que estabiliza o estado de oxidação +2, pois torna-se mais difícil a retirada do terceiro elétron do átomo de Eu durante sua ionização.

O európio, assim como o samário, ocorre nos estados de oxidação +2 e +3. O primeiro é um agente redutor suave, enquanto o segundo é estável. Diferentemente do samário divalente, Eu(+2) é um íon estável e menos redutor. As propriedades do elemento são fortemente influenciadas pelo seu subnível 4f semipreenchido. O európio trivalente é quimicamente coerente com os demais elementos da série, especialmente o Sm trivalente e o gadolínio. O íon Eu(+3) é incolor, mas todos os seus compostos fluorescem fortemente sob a luz ultravioleta emitindo uma luz vermelha característica. Por causa disso, o óxido de európio III é muito usado como aditivo no fosfóreo em tubos de imagem de TV a cores para gerar a cor vermelha. O európio divalente (Eu(+2)) é um íon muito estável com um comportamento quimicamente distinto do európio trivalente. Comporta-se de modo similar a Sm(+2) e aos metais alcalinoterrosos (especialmente o Ba). Seus compostos apresentam cor amarela e se comportam como sais de metais alcalinoterrosos. O óxido EuO é muito básico, a base Eu(OH)2 é forte e o carbonato e sulfato EuCO3 e EuSO4 são altamente insolúveis em água. O Eu divalente pode ocorrer em minerais de cálcio e outros elementos da família, conferindo uma cor amarelada.

As aplicações deste elemento se devem principalmente à suas propriedades fluorescentes. Traços de európio são acrescentados no fosfóreo de TV a cores ou certas lâmpadas fluorescentes para emitir luz vermelha. Geralmente o aluminato de estrôncio (SrAl2O4) dopado com európio é usado para esse fim. O európio divalente também fluoresce, mas tende a emitir uma luz azul. Também é utilizado na fabricação de alguns vidros dopados fluorescentes, na produção de lasers, etc. Curiosamente, compostos de európio são usados nas notas de euro na Europa para prevenir falsificações, já que as notas verdadeiras podem ser facilmente reconhecidas pelo brilho vermelho que emitem sob luz UV. (Európio, Euro, Europa... Semelhança proposital ou mera coincidência? Tire suas próprias conclusões!)

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1) 2) 3)

4)  5)

1) Európio metálico selado com um gás inerte para evitar a oxidação; 2) O európio metálico, quando exposto ao ar, forma em sua superfície uma camada de carbonato de európio II (EuCO3, composto amarelo) devido à oxidação e posterior reação do óxido EuO com o gás carbônico (CO2) do ar. 3) Óxido de európio III (Eu2O3); 4) Sulfato de európio III (Eu2(SO4)3) iluminado sob luz natural e 5) o mesmo composto sob luz ultravioleta. Todos os compostos de Eu (III) fluorescem sob luz UV, emitindo um brilho avermelhado. Por isso compostos de európio (e de térbio) são utilizados nos pixels das televisões para gerar as cores.

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Veja a continuação deste artigo com os demais lantanídeos AQUI.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

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  • "AGUARDANDO RESPOSTA --> por que é necessrio retirar energia de uma molecula para formar uma ligaçãoe fornecer energia para quebrar uma ligação?"
    luis henrique
    ligação
  • "RESPONDIDA--> tenho que entregar um trabalho terça sobre o elemento quimico lantânio, estou revirando toda a internet e não to achando muitas informações sobre as utilidade..."
    Gabi Lamego
    gabileticia