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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

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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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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3)4)5)

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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4) 5)6)

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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4) 5) 6)

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) 2) 3) 

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 

Categorías: lantanideos e actinideos

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1 Comment

Responder filipe gay
15:07 Eel 16 Ee junio Ee 2013 
vao se fuder com esses lantanideos tudo errado

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