Elemento de terra rara , qualquer membro do grupo de elementos químicos que consiste em três elementos no Grupo 3 (escândio [Sc], ítrio [Y] e lantânio [La]) e a primeira linha estendida de elementos abaixo do corpo principal da tabela periódica (cério [Ce] através do lutécio [Lu]). Os elementos cério ao lutécio são chamados de lantanídeos, mas muitos cientistas também, embora incorretamente, chamam esses elementos de terras raras.
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As terras raras são geralmente elementos trivalentes, mas alguns têm outras valências. Cério, praseodímio e térbio podem ser tetravalentes; samário, európio e itérbio, por outro lado, podem ser divalentes. Muitos livros introdutórios à ciência consideram as terras raras tão quimicamente semelhantes umas às outras que, coletivamente, podem ser consideradas um elemento. Até certo ponto, isso é correto - cerca de 25% de seus usos são baseados nessa similaridade - mas os outros 75% do uso de terras raras são baseados nas propriedades exclusivas dos elementos individuais. Além disso, um exame atento desses elementos revela grandes diferenças em seus comportamentos e propriedades; por exemplo, o ponto de fusão do lantânio, o protótipo elemento da série dos lantanídeos (918 ° C, ou 1.684 ° F), é muito mais baixo do que o ponto de fusão do lutécio, o último elemento da série (1.663 ° C, ou 3.025 ° F). Essa diferença é muito maior do que a encontrada em muitos grupos da tabela periódica; por exemplo, os pontos de fusão de cobre, prata e ouro variam em apenas cerca de 100 ° C (180 ° F).
O nome Terras raras em si é um nome impróprio. Na época de sua descoberta no século 18, eles foram encontrados para ser um componente de óxidos complexos, que eram chamados de terras naquela época. Além disso, estes minerais parecia ser escasso e, portanto, esses elementos recém-descobertos foram chamados de terras raras. Na verdade, esses elementos são bastante abundantes e existem em muitos depósitos utilizáveis em todo o mundo. As 16 terras raras que ocorrem naturalmente estão no 50º percentil de abundâncias elementares. No início do século 21, China tornou-se o maior produtor mundial de elementos de terras raras. Austrália, Brasil, Índia , Cazaquistão, Malásia , Rússia, África do Sul e Estados Unidos também extraem e refinam quantidades significativas desses materiais.
Muitas pessoas não percebem o enorme impacto que os elementos de terras raras têm em suas vidas diárias, mas é quase impossível evitar uma peça de tecnologia moderna que não os contém. Mesmo um produto tão simples como uma pederneira mais leve contém elementos de terras raras. Sua abrangência é exemplificada pelo automóvel moderno, um dos maiores consumidores de produtos de terras raras. Dezenas de motores elétricos em um automóvel típico, assim como os alto-falantes de seu sistema de som, usam ímãs permanentes de neodímio - ferro - boro. Sensores elétricos empregam zircônia estabilizada com ítria para medir e controlar o teor de oxigênio do combustível. O conversor catalítico de três vias depende de óxidos de cério para reduzir azoto óxidos em gás nitrogênio e oxidam monóxido de carbono em dióxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados em dióxido de carbono e água nos produtos de exaustão. Fósforos em visores ópticos contêm óxidos de ítrio, európio e térbio. O pára-brisa, os espelhos e as lentes são polidos com óxido de cério. Até mesmo a gasolina ou óleo diesel que impulsiona o veículo foi refinado usando catalisadores de craqueamento de terras raras contendo lantânio, cério ou óxidos mistos de terras raras. Os automóveis híbridos são movidos por bateria recarregável de níquel-lantânio-hidreto metálico e motor elétrico de tração, com ímãs permanentes contendo elementos de terras raras. Além disso, moderno dispositivos de mídia e comunicação - telefones celulares, televisores e computadores - todos empregam terras raras como ímãs para alto-falantes e discos rígidos e fósforos para monitores ópticos. As quantidades de terras raras usadas são muito pequenas (0,1–5 por cento em peso, exceto para ímãs permanentes, que contêm cerca de 25 por cento de neodímio), mas são críticas e qualquer um desses dispositivos não funcionaria tão bem, ou seria significativamente mais pesado, se não fosse pelas terras raras.
Embora as terras raras existam desde a formação da Terra, sua existência não veio à luz até o final do século XVIII. Em 1787, o tenente do exército sueco Carl Axel Arrhenius descobriu um preto único mineral em uma pequena pedreira em Ytterby (uma pequena cidade perto de Estocolmo). Esse mineral era uma mistura de terras raras e o primeiro elemento individual a ser isolado foi o cério em 1803.
A história dos elementos de terras raras individuais é complexa e confusa, principalmente por causa de sua semelhança química. Muitos elementos recém-descobertos não eram um elemento, mas misturas de até seis elementos de terras raras diferentes. Além disso, havia alegações de descoberta de um grande número de outros elementos, que deveriam ser membros da série de terras raras, mas não eram.
O último elemento de terra rara de ocorrência natural (lutécio) foi descoberto em 1907, mas pesquisas sobre o química desses elementos era difícil porque ninguém sabia quantos elementos verdadeiros de terras raras existiam. Felizmente, em 1913-1914, a pesquisa do físico dinamarquês Niels Bohr e físico inglês Henry Gwyn Jeffreys Moseley resolveu esta situação. A teoria de Bohr do átomo de hidrogênio permitiu que os teóricos mostrassem que existem apenas 14 lantanídeos. Os estudos experimentais de Moseley verificaram a existência de 13 desses elementos e mostraram que o 14º lantanídeo deve ser o elemento 61 e estar entre o neodímio e o samário.
Na década de 1920, a busca pelo elemento 61 foi intensa. Em 1926, grupos de cientistas da Universidade de Florence, Itália, e da Universidade de Illinois afirmaram ter descoberto o elemento 61 e nomearam o elemento florentium e illinium, respectivamente, mas suas alegações não puderam ser verificadas independentemente. O furor dessas alegações e contra-alegações acabou morrendo em 1930. Somente em 1947, após a fissão do urânio, o elemento 61 foi definitivamente isolado e denominado promécio por cientistas do Laboratório Nacional Oak Ridge da Comissão de Energia Atômica dos EUA, no Tennessee . (Mais detalhes sobre a descoberta dos elementos individuais podem ser encontrados nos artigos sobre esses elementos.)
Durante os 160 anos de descoberta (1787–1947), a separação e purificação dos elementos de terras raras foi um processo difícil e demorado. Muitos cientistas passaram suas vidas inteiras tentando obter uma terra rara 99 por cento pura, geralmente por cristalização fracionada, que faz uso das pequenas diferenças do solubilidade de um sal de terra rara em uma solução aquosa solução em comparação com a de um elemento lantanídeo vizinho.
Como os elementos de terras raras foram considerados produtos da fissão da divisão de um átomo de urânio, a Comissão de Energia Atômica dos EUA fez um grande esforço para desenvolver novos métodos para separar os elementos de terras raras. No entanto, em 1947, Gerald E. Boyd e colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge e Frank Harold Spedding e colegas do Laboratório Ames em Iowa publicaram resultados que mostraram que os processos de troca iônica ofereciam uma maneira muito melhor de separar as terras raras.
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