Érbio: estrutura, propriedades, obtenção, usos - Ciência - 2023

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o érbio É um elemento metálico pertencente às terras raras, especificamente aos lantanídeos, e cujo símbolo químico é Er. Seu nome deriva de uma vila sueca chamada Ytterby e tende a causar confusão porque se assemelha muito a outros elementos, como térbio (Tb) e itérbio (Yb), ambos também lantanídeos.

O Erbium participa com um estado de oxidação de +3 na grande maioria de seus compostos, uma característica química bastante comum entre os elementos lantanídeos. Quando esses compostos, como ErCl₃, dissolvem em soluções aquosas, mostram uma cor rosa; bem como vários de seus sólidos, usados como aditivos em vidros coloridos, joias ou cerâmicas.

A popularidade do érbio não é muito notável, mesmo entre os estudantes de química. Mas quem trabalha com telecomunicações e cabos de fibra ótica sabe como é importante amplificar os sinais que viajam entre todos os continentes.

Apesar de ser um dos metais de terras raras, o érbio tem uma abundância comparável à do tântalo e do tungstênio. O atraso na obtenção e produção deveu-se aos complicados processos de separação de minerais como gadolinita, xenotima e euxenita.

Descoberta

O Erbium foi descoberto em 1843 pelo químico sueco Carl Gustaf Mosander, que estudava amostras do mineral gadolinita, coletadas nas pedreiras de Ytterby, um vilarejo localizado na Suécia.

Da gadolinita, ele isolou o óxido de ítrio, E₂OU₃Após uma série de precipitações com hidróxido de amônio e aquecimento, obteve dois novos precipitados: os óxidos érbia e térbia.

Porém, em 1860, após estudos espectroscópicos, as identidades dos respectivos óxidos foram trocadas: érbia correspondia ao óxido de térbio, enquanto a térbia era óxido de érbio.

Estrutura química do Erbium

Os átomos de érbio interagem uns com os outros usando elétrons de valência de seus orbitais 4f e 6s, estabelecendo assim uma forte ligação metálica. Como resultado dessa ligação, de seus raios atômicos e da maneira como é empacotado nos cristais, o érbio adota uma estrutura hexagonal compacta, hcp, de caráter denso.

Configuração eletronica

A configuração abreviada de elétrons para érbio é:

[Xe] 6s² 4f¹²

Possui 12 elétrons em seus orbitais 4f, o que indica que essa configuração eletrônica não corresponde a nenhuma irregularidade ou exceção à ordem de preenchimento (princípio de Aufbau).

Propriedades do érbio

Aparência física

Metal branco prateado, macio e maleável que oxida lentamente quando exposto ao ar. Quando limado de maneira grosseira, emite faíscas e flashes esverdeados.

Número atômico

Massa molar

167,26 g / mol

Ponto de fusão

1529 ºC

Ponto de ebulição

2868 ºC

Densidade

À temperatura ambiente: 9,066 g / cm³

No ponto de fusão: 8,86 g / cm³

Estados de oxidação

O estado de oxidação preferido para érbio, bem como para outros lantanídeos, é +3 (Er³⁺) Ele também pode ter estados de oxidação de 0 (Er⁰), +1 (Er⁺) e +2 (Er²⁺), embora sejam menos comuns.

Ordem magnética

Paramagnético à temperatura ambiente. É fracamente atraído por ímãs.

Eletro-negatividade

1,24 na escala de Pauling.

Energias de ionização

-Primeiro: 589,3 kJ / mol

-Segundo: 1150 kJ / mol

-Terceiro: 2194 kJ / mol

Reatividade e compostos

Érbio reage para formar compostos que participam com um número de oxidação de +3. Por exemplo, quando um pedaço metálico de érbio perde seu brilho, é porque uma camada de seu óxido cobre sua superfície:

4 Er + 3 O₂ → 2 Er₂OU₃

Ele também reage com água quente ou fria para formar seu hidróxido:

2 Er + 6 H₂O → 2 Er (OH)₃ + 3 H₂

E diretamente com todos os halogênios para dar origem aos seus respectivos haletos, cuja fórmula geral é ErX₃ (ErF₃, ErCl₃, etc.). Esses haletos, como muitos dos compostos de érbio (III), se distinguem pelo fato de seus sólidos apresentarem cores rosa ou roxas, como suas soluções aquosas, onde temos o complexo aquoso [Er (OH₂)₉]³⁺.

Curiosamente, os compostos de érbio retêm sua coloração rosada apenas se forem mantidos expostos ao ar livre, recebendo radiação ultravioleta do sol. Caso contrário, eles exibem cores mate.

Obtendo

Matéria prima

Érbio é encontrado na natureza como parte de muitos minerais de terras raras, incluindo monazita, argilas lateríticas, bastnasita, xenotima e euxenita.

Essas duas últimas, junto com as argilas do sudeste da China, são as principais matérias-primas para a produção de érbio. A China é o país que lidera, de longe, a oferta e o mercado de lantanídeos.

Métodos de produção

Er ions³⁺, do óxido Er₂OU₃, deve ser separada do resto da matriz mineralógica, composta por outros lantanídeos (Eu³⁺, Vós³⁺, etc.). Fazer isso era um processo complicado e caro; entretanto, com o desenvolvimento de técnicas de cromatografia de troca iônica, a produção de érbio e outros metais foi possível.

Em seguida, dissolvendo o xenotime ou o mineral selecionado em um meio ácido (HCl ou H₂SW₄), e separando as Er ions³⁺ como Er₂OU₃ou qualquer um dos seus sais, realiza-se a redução utilizando vapores de potássio ou cálcio, como agentes redutores, sob atmosfera inerte de árgon. Somente em 1934 foi produzida a primeira amostra de érbio consideravelmente puro.

Usos / aplicações

Joalheiros

A cor do óxido de érbio é usada em gemas sintéticas e objetos de vidro para tingi-los de rosa.

Fotografia

Os átomos de érbio absorvem a radiação infravermelha, por isso são usados em filtros fotográficos.

Lasers

O erbium faz parte das granadas de ítrio e alumínio (YAG), utilizadas para reproduzir lasers com os quais a pele é rejuvenescida e cicatrizes, manchas ou rugas são eliminadas em tratamentos dermatológicos.

Fibras ópticas

Os átomos de érbio também são usados como dopantes em fibras ópticas, agindo como amplificadores de luz a cada 50 quilômetros de cabo no fundo do oceano. Isso permite que o sinal percorra distâncias enormes, graças às quais é possível, por exemplo, reproduzir vídeos do YouTube de diferentes partes do mundo.

Os fótons excitam os átomos de érbio do vidro, perdendo energia e liberando mais fótons, fazendo com que a intensidade da luz que viaja pela fibra dobre.

Óculos de soldagem

A capacidade dos átomos de érbio de absorver luz é explorada em óculos de soldagem, que contêm sais de érbio que absorvem flashes ofuscantes, evitando assim que o trabalhador machuque os olhos ou fique cego durante a soldagem.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Erbium. Recuperado de: en.wikipedia.org
Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Determinação da série de lantanídeos por vários métodos analíticos. ScienceDirect.
Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2020). Erbium. Recuperado de: britannica.com
Dr. Doug Stewart. (2020). Fatos sobre o elemento érbio. Recuperado de: chemicool.com
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2020). Erbium. Resumo do elemento PubChem para o número atômico 68. Obtido em: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov