Praseodímio (Pr)

O praseodímio é um elemento químico pertencente ao grupo dos lantanídeos, com número atômico 59. Seu símbolo é Pr. Tem diversas propriedades químicas que se assemelham aos demais elementos dessa série de elementos, como o fato de se estabilizar na forma de um cátion +3 em solução, além das características físicas de ser um metal macio, cinza e maleável.

O praseodímio pode ser encontrado em diversos minerais, mas as principais fontes são a bastnasita e a monazita. Sua forma metálica pode ser produzida industrialmente via eletroextração ou redução metalotérmica. É um elemento aplicado como corante na indústria de vidros e cerâmicas, além ser aplicado na fabricação de lentes de óculos de soldador. Sua descoberta se deu ainda no século XIX, graças aos trabalhos de Carl Auer von Welsbach.

Leia também: Túlio (Tm) — um dos metais mais raros entre todos os lantanídeos

Resumo sobre praseodímio (Pr)

• O praseodímio é um dos metais terras-raras, elementos também conhecidos como lantanídeos.

• O símbolo do praseodímio é Pr.

• Suas propriedades químicas lembram os demais lantanídeos, como a maior estabilidade do cátion +3 em solução.

• Sua forma metálica apresenta uma coloração prateada, sendo macio e maleável.

• Ele é extraído comercialmente dos minérios monazita e bastnasita.

• É usado como corante na indústria de vidros e cerâmicas, além da produção de lentes para óculos de soldador.

• O praseodímio foi descoberto, no século XIX, por Carl Auer von Welsbach.

Propriedades do praseodímio

• Símbolo: Pr

• Número atômico: 59

• Massa atômica: 140,90766 u.m.a

• Ponto de fusão: 931 °C

• Ponto de ebulição: 3520 °C

• Eletronegatividade: 1,13

• Distribuição eletrônica: [Xe] 4f³ 6s²

• Série química: lantanídeos; metais; elementos de transição interna; metais terras-raras.

Características do praseodímio

O praseodímio (Pr) é um metal de coloração prateada, sendo macio, maleável e dúctil. Os lantanídeos (elementos do sexto período, bloco f, onde o Pr está localizado) têm propriedades químicas e físicas semelhantes, com pouquíssimas diferenças. Por exemplo, todos se estabilizam com a carga +3 em solução (Pr³⁺), apresentam uma reatividade maior que dos metais de transição (sendo mais semelhante ao grupo 2 nesse quesito), além de formarem uma camada protetora de óxido (no caso do praseodímio, Pr₂O₃) quando expostos ao ar.

Todos os lantanídeos apresentam potencial de redução negativo, por isso, todos liberam H₂ quando reagem com ácidos diluídos ou vapor. Além disso, quando aquecidos na presença de H₂, formam diversos hidretos, como o PrH₃, no caso do praseodímio.

Outra característica que o praseodímio carrega dos demais lantanídeos é poder ser queimado na presença de ar, formando o óxido Pr₂O₃. O praseodímio é um elemento que apresenta um único isótopo natural, o ¹⁴¹Pr.

Veja também: Actinídeos e lantanídeos — elementos de transição interna da Tabela Periódica

Onde o praseodímio é encontrado?

Embora existam mais de 150 minerais que contenham lantanídeos, o praseodímio, como os demais terras-raras, encontra-se, em geral, em três minerais: monasita (um fosfato de lantanídeos), bastnasita (um fluorcarbonato de lantanídeos) e a xenotima (também um fosfato de lantanídeos). Contudo, a monasita e a bastnasita são mais ricas em lantanídeos mais leves (em que se inclui o Pr), por isso, são a principal fonte comercial desse metal.

A bastnasita é muito presente na Califórnia (EUA), enquanto a monazita é mais comum na China e na Austrália, mas com reservas significativas na Malásia, na Índia e no Brasil.

Obtenção do praseodímio

Sendo o praseodímio oriundo, principalmente, da bastnasita e da monazita, é preciso, em primeiro lugar, tratar esses minerais para garantir um bom concentrado de Pr.

→ Pelo tratamento da monazita

A monazita é um fosfato de lantanídeos, e a preocupação que também ocorre no seu tratamento é a remoção dos ânions fosfato e do tório (Th) residual presente. Assim, inicia-se o processo de purificação via lixiviação com soda cáustica (NaOH) a quente, em que são formados hidróxidos dos lantanídeos (no caso do praseodímio, Pr(OH)₃) e de tório (Th(OH)₄).

Contudo, posteriormente, os hidróxidos são tratados com ácido clorídrico a quente, e, nessa etapa, o tório é retirado via precipitação seletiva, pois não é solúvel no ácido. O fosfato de sódio, Na₃PO₄, é um subproduto importante do processo, podendo ser comercializado.

→ Pelo tratamento da bastnasita

Partindo-se da bastnasita, deve-se iniciar pela sua calcinação (600-700 °C) em presença de ar, para remoção de gás flúor e para oxidar o cério a Ce⁴⁺. Depois, o produto calcinado é tratado com ácido clorídrico, gerando uma solução de cloretos de lantanídeos (PrCl₃, no caso do praseodímio), os quais podem ser purificados por precipitação seletiva.

→ Na forma metálica

A obtenção do praseodímio na forma metálica pode ser feita por duas técnicas: eletroextração ou redução metalotérmica.

• Eletroextração: o óxido de praseodímio anidro, Pr₂O₃, é adicionado a uma célula eletrolítica com altas temperaturas (950-1050 °C). Posteriormente, esse óxido é dissolvido em uma solução eletrolítica de sais de fluoreto fundidos. Ao ser utilizada a corrente elétrica adequada, o metal (que foi reduzido no cátodo) é coletado no fundo da célula.

• Redução metalotérmica: o Pr₂O₃ é convertido em fluoreto de praseodímio, PrF₃, que reage com cálcio fundido, sob altas temperaturas, para a formação, via óxidorredução, do metal praseodímio: ³/₂ Ca (l) + PrF₃ (l) → ³/₂ CaF₂ (l) + Pr (l). Os produtos formados nesse processo são líquidos imiscíveis.

Aplicações do praseodímio

O Pr pode ser utilizado como um substituinte barato para o neodímio nos ímãs permanentes Nd-Fe-B, assim como eletrodo em baterias de níquel-metal hidreto (Ni-MH). Como outros lantanídeos, o Pr pode ser aplicado na indústria como corante. Nos vidros e em cerâmicas, a adição de quantidades de praseodímio pode levar a uma coloração amarela ou verde.

A mistura neodímio-praseodímio é conhecida como didímio, tradicionalmente usada em vidros para lentes de óculos de soldador. O didímio filtra tanto a luz amarela quanto a radiação infravermelha, assim, protegendo a visão do usuário de radiações perigosas.

Precauções com o praseodímio

O praseodímio não tem uma toxicidade elevada, sendo considerada até mesmo baixa. Alguns estudos sugerem que mineradores, expostos de forma ocupacional aos metais terras-raras, possam ter desenvolvido problemas pulmonares, como pneumoconiose (inalação de poeira) e fibrose pulmonar progressiva. Contudo, não há dados suficientes para confirmar se o praseodímio, em si, foi responsável pelos quadros, não havendo clareza na contribuição do metal.

Saiba mais: Onde o cério pode ser encontrado?

História do praseodímio

A história do praseodímio se inicia com Carl Gustav Mosander, em 1841, quando ele havia pensado ter descoberto um novo elemento na cerita. A ele deu o nome de didímio, palavra grega para “elemento gêmeo”, pois era muito semelhante ao lantânio (descoberto graças aos trabalhos de Mosander).

Além do didímio (que, posteriormente, se mostrou fictício), por volta de 1843, os atuais elementos cério, lantânio, érbio e térbio, todos pertencentes ao que hoje temos como elementos do bloco 4f, já haviam sido descobertos. Contudo, posteriormente, houve uma pausa na descoberta de novos lantanídeos.

Os cientistas do século XIX utilizavam precipitação fracionada e cristalização como método analítico tradicional, o qual tinha muitas limitações para separar e distinguir elementos muito semelhantes entre si (como é o caso dos lantanídeos).

O desenvolvimento e aperfeiçoamento da espectroscopia, com base nos estudos de Bunsen e Kirchoff na década de 1860, coincidiu com um maior entendimento dos padrões de propriedades dos elementos químicos, algo que auxiliou Mendeleev a criar sua primeira Tabela Periódica, em 1869. À época, o didímio (símblo Di), era tão bem estabelecido que chegou a figurar na tabela do químico russo, sendo então o único elemento que não aparece mais nas versões contemporâneas.

A espectroscopia ajudou os químicos a diferenciarem os lantanídeos, graças aos espectros específicos obtidos para cada elemento. Com esse auxílio, mais a compreensão do sistema de propriedades periódicas, a técnica de precipitação fracionada e cristalização propiciou a descoberta de novos metais terras-raras entre 1878 e 1886: os elementos hólmio, itérbio, samário, túlio, gadolínio, praseodímio, neodímio e disprósio.

Foi Carl Auer von Welsbach quem conseguiu fazer a separação do didímio em praseodímio e neodímio. Em 1885, Von Welsbach anunciou para a Academia de Ciências de Viena a separação exitosa do didímio em dois novos “terras” (como eram chamados os óxidos): neodímia e preseodímia, dos quais saíram os elementos neodímio (que significa “o novo gêmeo”) e preseodímio (que significa “o gêmeo verde”).

Fontes

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