A maioria de nós usa elementos de terras raras todos os dias – sem saber. Esses elementos pouco conhecidos e fascinantes tornam a eletrônica moderna possível. A maioria dos americanos usa elementos de terras raras todos os dias – sem saber, ou saber qualquer coisa sobre o que eles fazem. Isso pode mudar, já que esses materiais incomuns estão se tornando um ponto focal na escalada da guerra comercialentre os EUA e a China.Stanley Mertzman , um geólogo cuja especialidade é a análise por raios X de rochas e minerais para determinar sua composição química, e que ensina mineralogia no Franklin & Marshall College, responde a quatro perguntas sobre esses elementos pouco conhecidos e fascinantes – e a eletrônica moderna que eles criam possível.
1. O que são elementos de terras raras?
Estritamente falando, eles são elementos como outros na tabela periódica – como carbono, hidrogênio e oxigênio – com números atômicos de 57 a 71. Há outros dois com propriedades similares que às vezes são agrupadas com eles, mas os principais elementos de terras raras são aqueles 15. Para fazer o primeiro, o lantânio, comece com um átomo de bário e adicione um próton e um elétron. Cada elemento de terra rara sucessivo adiciona mais um próton e mais um elétron.
Um diagrama de elétrons de um elemento de bário, o último elemento antes dos elementos de terra rara do lantanídeo. Imagem via Greg Robson e Pumba .
Um diagrama de elétrons de um átomo de lantânio, com mais um elétron em seu quinto orbital do que o bário. Imagem via Greg Robson e Pumba .
O cério tem mais um elétron em seu quinto orbital e mais um em seu quarto que o bário. Imagem via Greg Robson e Pumba.
É significativo que existam 15 elementos de terras raras: estudantes de química podem lembrar que quando elétrons são adicionados a um átomo, eles se agrupam em grupos ou camadas , chamados orbitais, que são como círculos concêntricos de um alvo em torno do centro do alvo.
O círculo alvo mais interno de qualquer átomo pode conter dois elétrons; adicionar um terceiro elétron significa adicionar um no segundo círculo alvo. É aí que também vão os próximos sete elétrons – depois dos quais os elétrons devem ir para o terceiro círculo alvo, que pode conter 18. Os próximos 18 elétrons entram no quarto círculo-alvo.
Então as coisas começam a ficar um pouco estranhas. Embora ainda haja espaço para os elétrons no quarto círculo-alvo, os próximos oito elétrons entram no quinto círculo-alvo. E apesar de mais espaço no quinto, os próximos dois elétrons depois disso entram no sexto círculo alvo.
É quando o átomo se torna bário, o número atômico 56 e os espaços vazios nos círculos-alvo anteriores começam a se encher. Adicionando mais um elétron – para fazer lantânio , o primeiro da série de elementos terras raras – coloca esse elétron no quinto círculo . Adicionando outro, para fazer cério, número atômico 58, adiciona um elétron ao quarto círculo. Fazendo o próximo elemento, praseodímio, na verdade, move o mais novo elétron do quinto círculo para o quarto, e adiciona mais um. A partir daí, elétrons adicionais preenchem o quarto círculo .
Em todos os elementos, os elétrons no círculo externo influenciam em grande parte as propriedades químicas do elemento. Como as terras raras têm configurações eletrônicas externas, suas propriedades são bastante semelhantes .
2. Os elementos de terras raras são realmente raros?
Não. Eles são muito mais abundantes na crosta terrestre do que muitos outros elementos valiosos. Mesmo a terra rara mais rara, o túlio, com o número atômico 69, é 125 vezes mais comum que o ouro . E a terra rara menos rara, o cério, com o número atômico 58, é 15.000 vezes mais abundante que o ouro.
O mais raro elemento de terras raras, o túlio. Imagem via Jurii .
Eles são raros em um sentido, no entanto – os mineralogistas os chamariam de “dispersos”, o que significa que eles estão espalhados principalmente pelo planeta em concentrações relativamente baixas. Terras raras são freqüentemente encontradas em raras rochas ígneas chamadas carbonatitos – nada tão comum como o basalto do Havaí ou da Islândia, ou andesito do Monte Santa Helena ou o Vulcão Fuego da Guatemala.
Existem algumas regiões com muitas terras raras – e elas estão principalmente na China, que produz mais de 80% do total global anual de 130.000 toneladas métricas . A Austrália também tem algumas áreas, assim como outros países. Os EUA têm um pouco de área com muitas terras raras, mas a última fonte americana para eles, a Mountain Pass , na Califórnia , fechou em 2015.
3. Se não são raros, são muito caros?
Sim, sim. Em 2018, o custo para um óxido de neodímio, número atômico 60, é de US $ 107.000 por tonelada métrica . O preço deverá subir para US $ 150.000 até 2025.
O európio é ainda mais caro – cerca de US $ 712.000 por tonelada métrica .
Parte da razão é que elementos de terras raras podem ser quimicamente difíceis de separar uns dos outros para obter uma substância pura.
4. O que são elementos de terras raras úteis?
Na última metade do século 20, o európio, com o número atômico 63, teve grande demanda por seu papel como fósforo produtor de cor em telas de vídeo, incluindo monitores de computador e TVs de plasma . Também é útil para absorver nêutrons nas hastes de controle dos reatores nucleares.
Um cubo de pequenos ímanes de neodímio. Imagem via XRDoDRX .
Outras terras raras também são comumente usadas em dispositivos eletrônicos atualmente. O neodímio, número atômico 60, por exemplo, é um imã poderoso , útil em smartphones, televisões, lasers, baterias recarregáveis e discos rígidos. Uma nova versão do motor de carro elétrico da Tesla também deve usar neodímio.
A demanda por terras raras tem aumentado constantemente desde meados do século 20 , e não há materiais alternativos reais para substituí-las. Tão importante quanto as terras raras são para uma sociedade moderna baseada na tecnologia, e tão difícil quanto é minha e usar, a batalha tarifária pode colocar os EUA em um lugar muito ruim, transformando o país e os elementos raros da terra em peões em este jogo de xadrez econômico.
Fonte: The Conversation
