Disprósio (Dy)

O disprósio (Dy) é o lantanídeo de número atômico 66. Os elementos desse grupo são caracaterizados pelas semelhanças físicas e químicas. Por exemplo, em sua forma metálica, o disprósio tem a tradicional cor prateada e a baixa dureza típica dos lantanídeos. Também apresenta reatividade semelhante à reatividade dos metais alcalinos, algo comum dos metais terras raras. Contudo, sendo um lantanídeo mais pesado, apresenta menor reatividade.

O disprósio pode ser extraído comercialmente a partir dos minérios monazita, bastnasita e xenotima, conhecidos pelos altos teores de lantanídeos. Pode ser obtido em sua forma metálica através da redução com cálcio fundido, uma reação muito comum entre os lantanídeos. Suas aplicações ainda são pequenas, mas com grande destaque no campo da energia eletromagnética. Sua descoberta remonta ao século XIX, mas só foi isolado em forma pura na década de 1950.

Leia também: Promécio — outro elemento químico pertencente ao grupo dos lantanídeos

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o disprósio
• 2 - Propriedades do Disprósio
• 3 - Características do disprósio
• 4 - Ocorrência do disprósio
• 5 - Obtenção do disprósio
• 6 - Aplicações do disprósio
• 7 - Precauções com o disprósio
• 8 - História do disprósio

Resumo sobre o disprósio

• O disprósio é um lantanídeo (metal terra rara) de número atômico 66.

• Apresenta coloração prateada em sua forma metálica, sendo considerado um metal macio.

• Como os demais lantanídeos, apresenta a carga +3 em solução.

• Apresenta um padrão de reatividade semelhante ao padrão de reatividade dos metais alcalino-terrosos, embora seja menos reativo do que os lantanídeos mais leves.

• Comercialmente, é extraído da monazita, da bastnasita e da xenotima, minérios conhecidos pelos elevados teores de metais terras raras.

• O disprósio metálico é obtido por redução com cálcio fundido.

• Suas principais aplicações são no campo da tecnologia eletromagnética, dada suas propriedades.

Propriedades do Disprósio

• Símbolo: Dy.

• Número atômico: 66.

• Massa atômica: 162,500 u.m.a.

• Eletronegatividade: 1,22.

• Densidade: 8,551 g.cm⁻³ (25 °C).

• Configuração eletrônica: [Xe] 4f¹⁰ 6s².

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

Características do disprósio

Os lantanídeos configuram uma série que apresentam diversas semelhanças tanto físicas quanto químicas. Como os demais lantanídeos, o disprósio apresenta coloração prateada em sua forma metálica, sendo também considerado um material macio. Outro ponto em comum é que possuem grande tendência a perder seu brilho quando em contato com o ar devido às reações com o oxigênio presente, formando uma fina camada de óxido de disprósio que o estabiliza. A diferença é que o disprósio é menos reativo do que os lantanídeos mais leves, como o lantânio e o cério.

Como os demais lantanídeos, o disprósio apresenta um padrão de reatividade mais próximo dos metais alcalino-terrosos do que dos demais metais de transição. Reage lentamente com a água fria, mas rapidamente com ácidos diluídos. Ocorre ignição do disprósio em oxigênio quando a temperatura varia de 150°C a 200 °C, formando o óxido de disprósio (Dy₂O₃). Reage com halogênios, enquanto, sob aquecimento, reage com diversos ametais, como hidrogênio, carbono, enxofre e nitrogênio. Em solução, o disprósio se estabiliza como um cátion trivalente (Dy³⁺), e, em pH neutro, é possível precipitá-lo na forma de hidróxido, Dy(OH)₃.

Ocorrência do disprósio

A presença estimada de disprósio na crosta terrestre é de 4,5 mg.kg⁻³. Sob o aspecto comercial, os lantanídeos ocorrem, majoritariamente, em três minérios: monazita, bastnasita e xenotima. Na xenotima, um minério conhecido pelo alto teor de lantanídeos pesados, o disprósio é o mais presente, com 8,6% em massa. Na bastnasita, a concentração de disprósio é de cerca de 310 mg.kg⁻¹, enquanto, na monazita, que, em geral, apresenta maiores teores de lantanídeos leves, a concentração é de apenas 0,6% em massa.

Veja também: Gadolínio — lantanídeo encontrado principalmente em minerais como a monazita e a bastnasita

Obtenção do disprósio

Os minérios de metais terras raras (monazita, bastnasita e xenotima) são processados e, posteriormente, passam por processos químicos para concentrar os lantanídeos em solução e separar de possíveis contaminantes, como o tório.

A xenotima é um fosfato de lantanídeos (LnPO₄, onde “Ln” é uma designação genérica para lantanídeos). A dissolução dos lantanídeos presentes se dá por lixiviação ácida ou básica. No caso da lixiviação ácida, pode-se utilizar ácido sulfúrico, convertendo os lantanídeos presentes em sulfato de lantanídeos (no caso do disprósio, Dy₂(SO₄)₃).

Já na lixiviação básica, utiliza-se NaOH a quente (140 a 180 °C), em que os lantanídeos são precipitados na forma de hidróxidos (Dy(OH)₃ no caso do disprósio). Em ambos os casos, é formado um precipitado de tório em conjunto, considerado um contaminante, o qual pode ser removido por lixiviação com ácido clorídrico, já que o tório não é dissolvido, enquanto os lantanídeos dão origem a uma solução de cloreto de lantanídeos, a qual pode ser purificada (separação dos lantanídeos presentes).

A separação do disprósio dos demais lantanídeos pode ocorrer, basicamente, por duas formas: separação com solvente ou troca iônica. A extração por solvente é feita, em geral, com fosfato de tributila, (BuO₃)PO, a qual é capaz de separar seletivamente os lantanídeos com elevada pureza. Já a troca iônica também apresenta produtos de altíssima pureza, mas é demasiada lenta, dificultando sua aplicação para fins comerciais.

A preparação de disprósio metálico é feita com redução com cálcio metálico fundido. No caso, os compostos de disprósio são convertidos a fluoreto de disprósio (DyF₃) e colocados para reagir com o cálcio fundido, em uma temperatura na faixa dos 1470 °C.

³/₂ Ca (l) + DyF₃ (l) → ³/₂ CaF₂ (l) + Dy (l)

Aplicações do disprósio

As aplicações do disprósio ainda são muito restritas a utilizações tecnológicas. O principal campo de exploração parte de suas propriedades magnéticas, algo bem comum entre os lantanídeos. Por exemplo, o disprósio pode ser usado em ressonância magnética, como agente de contraste se combinado com ligantes quelantes.

A liga entre disprósio, ferro e térbio (terfenol-D) é a mais magnetostrictiva em temperatura ambiente, ou seja, aumenta de tamanho sob influência de um campo magnético. Essa propriedade é importante, pois é capaz de, entre outros fins, transformar energia eletromagnética em energia mecânica e vice-versa. Também é usado em ímãs permanentes de neodímio, Nd-Fe-B, para aumentar sua temperatura de operação e coercividade.

Precauções com o disprósio

Os lantanídeos não costumam apresentar efeito tóxico considerável, sequer desempenhando também papel biológico. Os riscos, na maioria das vezes, estão associados à inalação de vapores e de poeiras, os quais podem permanecer nos pulmões e são lentamente ingeridos, dada sua baixa solubilidade. Os lantanídeos, como o disprósio, costumam se acumular no fígado, nos rins, nos ossos e no baço.

História do disprósio

O disprósio foi descoberto em 1886, por Lecoq de Boisbaudran, em Paris, mas não foi isolado. Sua descoberta é consequência das pesquisas que ocorreram com o óxido de ítrio, iniciadas em 1794, o qual foi o ponto de partida para a descoberta dos seguintes metais terras raras (lantanídeos): érbio (1843), hólmio (1878) e, por fim, o disprósio (1886).

As amostras puras de disprósio só viriam a aparecer quando técnicas de separação de troca iônica e de redução metalográfica foram desenvolvidas. Isso ocorreu por volta de 1950, a partir dos trabalhos de Frank Spedding e de seus colaboradores, na Universidade Estadual de Iowa.

O nome disprósio é consequência direta de sua conquista: vem do grego dys, que significa “difícil”, e prositos, que significa “de conquistar”.

Fontes

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