Cério (Ce)

O cério, símbolo Ce e número atômico 58, é um metal pertencente ao grupo dos lantanídeos, também conhecidos como metais terras-raras. Os lantanídeos ocupam o sexto período do grupo 3 da Tabela Periódica e também podem ser chamados de elementos de transição interna. Embora chamado de metal terra-rara, o cério é abundante na crosta terrestre.

A indústria de vidros utiliza o cério para vários usos, como em polimento, descoloração e pigmentação. O elemento também possui aplicação no campo dos catalisadores, como no controle da emissão automotiva, tratamento de rejeitos líquidos, craqueamento do petróleo e diversos processos orgânicos.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o cério
• 2 - Propriedades do cério
• 3 - Características do cério
• 4 - Onde o cério pode ser encontrado?
• 5 - Aplicações do cério
• 6 - Precauções com o cério
• 7 - História do cério
• 8 - Exercícios resolvidos sobre o cério

Resumo sobre o cério

• Cério é o mais abundante dos metais terras-raras.
• Suas principais fontes minerais são a monazita e a bastnasita.
• É o único lantanídeo que se estabiliza com NOx +4.
• É usado na construção de catalisadores automotivos.
• Também é utilizado na indústria de vidro e é o principal componente do mischmetal.
• Seu nome foi dado pelo químico sueco Berzelius, em referência ao planta-anão Ceres.

Propriedades do cério

• Símbolo: Ce.
• Número atômico: 58.
• Massa atômica: 140,116 u.m.a.
• Eletronegatividade: 1,12.
• Ponto de fusão: 799 °C.
• Ponto de ebulição: 3443 °C.
• Densidade: 6,77 g.cm^-3.
• Configuração eletrônica: [Xe] 6s² 4f¹ 5d¹.
• Série Química: grupo 3; metais de transição interna; metais terras-raras; lantanídeos

Características do cério

O cério, como outros lantanídeos, é um metal de coloração branco-acinzentada, cuja forma metálica é estabilizada pela formação de uma fina camada de óxido na sua superfície, a qual impede a oxidação da substância metálica por completo.

Sua abundância na crosta terrestre é a maior dentro do grupo dos metais terras-raras, estando na faixa de 66,5 ppm (partes por milhão, mg.kg^-1). Tal distribuição é significativa, sendo maior que, por exemplo:

• a do estanho;
• a do chumbo.

Embora boa parte dos lantanídeos apresente apenas o estado de oxidação +3, o cério é o único lantanídeo que apresenta estado de oxidação +4 além de +3. Como todos os lantanídeos, em soluções ácidas diluídas, o cério libera gás hidrogênio.

Outra característica comum do cério com os lantanídeos é o fato de que ele queima em contato com o ar, porém ele produz um óxido em que fica com número de oxidação +4, CeO₂, ao invés dos demais lantanídeos, que formam óxidos com número de oxidação +3.

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Onde o cério pode ser encontrado?

Terras-raras costumam ocorrer conjuntamente nas suas fontes minerais. Estima-se que haja pelo menos 245 minerais de lantanídeos, dentro de diversas classes, tais como:

• óxidos;
• silicatos;
• carbonatos;
• fluorcarbonatos;
• hidroxicarbonatos;
• fosfatos;
• arseniatos;
• sulfatos;
• vanadatos;
• haletos.

A principal fonte mineral produtiva dos lantanídeos é a bastnasita, catalogada como um fluorcarbonato de terras-raras. Outro importante mineral é a monazita, um fosfato de terras-raras que possui um único intruso, o tório (Th), que na verdade é um actínio. Já a cerianita é um óxido misto de cério (Ce⁴⁺) com tório, sendo o único mineral conhecido que apresenta apenas o cério como metal terra-rara.

Aplicações do cério

A exploração comercial dos lantanídeos teve início no século XIX. A monazita, como antes citado, possui em sua composição o actinídeo tório. O óxido de tório chegou a ser utilizado como principal componente de camisas de lampiões a gás, as quais tinham o papel de incandescer em contato com a chama.

Com isso, houve uma demanda comercial para a recuperação de tório presente da monazita e, com isso, deu-se origem a um subproduto de terras-raras, chamado de mischmetal, no qual o cério possui composição mássica na faixa de 50%.

O mischmetal teve sua primeira aplicação comercial na fabricação de pedras de isqueiros, no começo do século XX. Posteriormente, foi aplicado na metalurgia, como melhorador de ligas metálicas, garantindo-lhes:

• maior poder de tensão;
• boa resistência a altas pressões.

Tais propriedades também eram aplicadas na fabricação de componentes automobilísticos e aeronáuticos, motores de aviões a jato e em componentes de cápsulas espaciais de satélites.

O aço acrescido de mischmetal tem baixíssimo teor de enxofre e oxigênio, os quais atuam como impureza. Isso se deve ao fato de os lantanídeos possuírem alta afinidade química com esses dois elementos. O mischmetal é amplamente utilizado na fabricação de chapas e encanamentos para gases e óleos.

O cério também é aplicado na indústria de catalisadores, principalmente os automotivos. O óxido de cério (CeO₂) é bastante utilizado, além de ser um ótimo estabilizador, por conta de suas propriedades de:

• oxirredução;
• alta mobilidade de oxigênio.

Sua função nos automóveis é diminuir a emissão de gases tóxicos poluentes, CO, NO₂ e hidrocarbonetos, potenciais produtos da combustão incompleta dos combustíveis fósseis. O catalisador automotivo faz parte do sistema de exaustão e, quando os gases da combustão do combustível passam por ele, o óxido de cério os transforma em CO₂, N₂ e água, que não são gases tóxicos.

Já na indústria de vidro, o cério tem grande destaque entre os lantanídeos. Como óxido, é utilizado no polimento, assim como na descoloração do vidro. Em termos de pigmentação, a mistura cério-titânio é usada para dar a coloração amarela ao produto.

O íon cério consegue absorver fortemente na região do ultravioleta. Assim, é utilizado na fabricação de:

• lentes oftálmicas especiais para uso solar;
• óculos escuros;
• recipientes de vidro para acondicionar alimentos que são afetados pela luz.

Saiba mais: Tântalo — metal que possui grandes semelhanças químicas com o nióbio

Precauções com o cério

Os efeitos tóxicos do cério têm sido estudados por meio de seu principal composto, o óxido de cério. Um estudo publicado no Israel Journal of Health Policy Reserach aponta que as nanopartículas de CeO₂ podem penetrar nos alvéolos e afetar o trato respiratório, por meio de inflamações.

Outro estudo, publicado no National Center for Biotechnology Information, aponta para a citotoxicidade desse composto, por meio do aumento do estresse oxidativo, que ocorre quando os níveis de antioxidantes não são altos o suficiente para compensar os radicais livres. O estresse oxidativo, além de contribuir para o envelhecimento precoce e infertilidade masculina, pode ser associado a diversas doenças, como:

• câncer;
• diabetes;
• obesidade;
• aterosclerose;
• transtornos neurodegenerativos.

História do cério

Defende-se a tese de que o cério foi descoberto ao acaso. Por volta de 1800, o jovem geólogo Wilhelm Hisinger estava realizando uma expedição na ilha de Västmanland, na Suécia, até que encontrou um mineral que lhe chamou a atenção por conta de sua densidade.

Acreditando se tratar de um minério do recém-descoberto elemento tungstênio, Hisinger enviou uma amostra do mineral para o descobridor do tungstênio, o sueco Carl Wilhelm Scheele. Ao analisá-la, Scheele disse não ter encontrado evidências da presença de tungstênio no material.

Contudo, Hisinger trabalhava com o histórico químico sueco Jöns Jakob Berzelius e, em 1803, ambos conseguiram isolar um novo elemento metálico na forma de um óxido, por conta de sua pouca solubilidade.

Por decisão de Berzelius, o novo óxido se chamaria ceria, cujo nome vem de Ceres, em referência ao planeta-anão descoberto à época e que havia sido assim nomeado por conta da deusa romana da agricultura.

Na mesma época, o alemão Martin Klaproth conseguiu isolar o mesmo composto, porém utilizando outra fonte mineral escandinava. Como os trabalhos foram publicados no mesmo jornal em um intervalo de meses, chegou a haver uma disputa para saber quem havia conseguido isolar o elemento primeiro.

O cério metálico, contudo, só foi obtido cerca de 70 anos depois, por meio da eletrólise ígnea do cloreto de cério. Entretanto, alguns autores defendem que Berzelius, Hisinger e Klaproth não chegaram a descobrir o elemento químico cério de fato, mas sim um óxido que seria uma mistura de óxidos de:

• escândio;
• ítrio;
• lantânio;
• demais lantanídeos.

Exercícios resolvidos sobre o cério

Questão 1

O óxido de cério, CeO₂, possui ampla aplicação, principalmente na fabricação de catalisadores automotivos. Contudo, embora a maioria dos lantanídeos possuam estado de oxidação igual a +3, o cério, nesse elemento, apresenta um estado de oxidação diferente. O estado de oxidação apresentado pelo cério é:

A) 0

B) -2

C) +2

D) -4

E) +4

Resolução:

Alternativa E

Em óxidos, o oxigênio sempre apresenta número de oxidação igual a -2. Assim, podemos calcular o número de oxidação do cério da seguinte forma:

x + 2(-2) = 0

Considera-se que x é o número de oxidação do cério. A equação é igualada a zero, pois o óxido é eletricamente neutro.

Fazendo os cálculos, temos que:

x – 4 = 0

x = +4

Questão 2

Os lantanídeos, assim como os actinídeos, apresentam elementos químicos que possuem subnível f incompleto. Dentre os lantanídeos, o cério é um dos mais tradicionais e conhecidos. Quantos elétrons estão presentes no subnível f do cério?

A) 0

B) 1

C) 2

D) 3

E) 4

Resolução:

Alternativa B

Ao fazer a distribuição eletrônica do elemento químico cério, de número atômico 58, temos o seguinte: [Xe] 6s² 4f¹ 5d¹, em que [Xe] representa a distribuição eletrônica do gás nobre xenônio (Z = 54).

Com isso, é possível afirmar que o Ce possui apenas 1 elétron no subnível f.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química