Lantânio (La)

Lantânio (La) é o elemento químico de número atômico 57 e é um dos lantanídeos da Tabela Periódica, também conhecidos como metais terras raras. É um metal macio (a ponto de ser possível cortá-lo com uma faca), de coloração branca e com brilho metálico. As propriedades químicas do lantânio são semelhantes às dos demais lantanídeos, como a adoção da carga +3 em solução, com a pequena diferença de ser mais reativo.

O lantânio é encontrado, basicamente, em três fontes minerais: a monazita, a bastnasita e a xenotima. A China é a principal consumidora de lantânio, que utiliza o elemento para produção de eletrônicos, abastacendo não só o mercado interno, mas externo também. O La não é um elemento tóxico, não sendo essencial para nosso organismo. O metal foi descoberto no século XIX, através dos trabalhos do sueco Carl Gustaf Mosander.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o lantânio
• 2 - Propriedades do lantânio
• 3 - Características do lantânio
• 4 - Onde o lantânio é encontrado?
• 5 - Obtenção do lantânio
• 6 - Aplicações do lantânio
• 7 - Precauções com o lantânio
• 8 - História do lantânio

Resumo sobre o lantânio

• O lantânio é um metal pertencente aos lantanídeos (ou metais terras raras).

• É um metal macio, dúctil, de coloração branca e com certo brilho metálico.

• Suas propriedades químicas são semelhantes às dos demais lantanídeos, como a adoção da carga +3 em solução.

• É basicamente encontrado na monazita, na bastnasita e na xenotima.

• A China é a maior consumidora de lantânio, utilizando o metal para fabricação de produtos eletrônicos.

• Não é um composto considerado tóxico.

• Foi descoberto no século XIX, pelo sueco Carl Gustaf Mosander.

Propriedades do lantânio

• Símbolo: La.

• Número atômico: 57.

• Massa atômica: 138,90547 u.m.a.

• Ponto de fusão: 920 °C.

• Ponto de ebulição: 3464 °C.

• Eletronegatividade: 1,1.

• Distribuição eletrônica: [Xe] 6s² 5d¹.

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

Características do lantânio

Como os demais lantanídeos, o lantânio (La) é um metal macio (o suficiente para ser cortado com uma faca), dúctil e de coloração branca, com certo brilho metálico. De modo geral, as propriedades dos lantanídeos (e, em consequência, do lantânio) são bem semelhantes, sendo até comum expor as características de modo geral e não isoladamente. Por exemplo, em solução o lantânio adota a carga +3. E, além disso, em contato com o ar forma uma camada protetora de óxido, que acaba omitindo seu brilho metálico. Contudo, em comparação aos demais lantanídeos (mais pesados), o lantânio é mais reativo.

Todos os lantanídeos possuem potencial de redução negativo e, como consequência, o lantânio libera H₂ ao ser misturado com ácidos diluídos e vapor de água. Ao sofrer combustão em contato com o ar (por volta dos 150-200 °C), o lantânio forma o óxido La₂O₃ (óxido de lantânio III). Reações semelhantes ocorrem com diversos ametais, tais como hidrogênio (H₂), enxofre, carbono e nitrogênio (N₂), porém em temperaturas acima dos 1000 °C. O lantânio é o único lantanídeo que não possui elétrons no subnível 4f, pois, no seu caso, o subível 5d apresenta menor energia que o 4f, justificando a configuração [Xe] 6s² 5d¹.

Onde o lantânio é encontrado?

Há três fontes minerais principais de lantanídeos e, por consequência, lantânio: monazita, (Ln, Th)PO₄; bastnasita, LnFCO₃; e xenotima (alguns grifam como xenótimo, xenotímio e xenotímia), (Y, Ln)PO₄. Dessas, a bastnasita costuma apresentar maiores teores mássicos de lantânio (cerca de 33%), enquanto a monazita apresenta, em média, 22% em massa de lantânio. A xenotima é mais rica em lantanídeos mais pesados, possuindo um baixo teor em massa de lantânio (cerca de 0,5%). A allanita-(La) também pode ser considerada uma fonte mineral de La, com um teor mássico na faixa de 7,2%.

A quantidade de lantânio na crosta terrestre é de cerca de 35 ppm (mg.kg⁻¹), sendo considerado o terceiro lantanídeo mais presente.

Veja também: Cério — detalhes sobre o lantanídeo mais presente na crosta terrestre

Obtenção do lantânio

A obtenção de lantânio se inicia por tratamento dos seus minérios. No caso da bastnasita, após processamento, a amostra é tratada com HCl 10%, removendo o carbonato na forma de CaCO₃. Há a formação de uma solução que contenha uma mistura de óxidos de lantanídeos, a qual é posta em uma fornalha para oxidar os teores de cério (Ce) a Ce⁴⁺. Posteriormente, tal amostra é novamente tratada com HCl, separando o cério na forma de CeO₂ (que não se dissolve) dos demais lantanídeos, que ficam na forma de cloretos (LaCl₃, no caso do lantânio).

Para a monazita a separação se inicia com tratamento de NaOH, a 150 °C, removendo a parte de fosfato na forma de Na₃PO₄, deixando para trás uma mistura de óxidos hidratados, os quais são dissolvidos em HCl fervente num pH de 3,5. Essa etapa separa os demais lantanídeos (como o lantânio), que ficam solúveis na forma de cloretos (LaCl₃, no caso do lantânio), do óxido de tório IV (ThO₂), que é insolúvel.

A semelhança do tamanho dos íons faz com que a separação do lantânio dos demais lantanídeos seja dificultada. Métodos modernos envolvem duas técnicas para separação: extração por solvente (mais usada comercialmente, com tributilfosfato, (BuO₃)PO) e resinas de troca iônica. Também é possível fazer a separação com cristalização fracionada. A extração por solvente pode atingir índices de pureza acima de 99% para o La.

Aplicações do lantânio

A China, grande usuária de lantânio, utiliza o metal para fabricação de produtos eletrônicos para abastecer tanto o mercado interno quanto o externo. Dados de 2008 apontavam que o lantânio era responsável por 30% da utilização dos metais terras raras.

Assim como seus congêneres lantanídeos, o lantânio é usado como catalisador para craqueamento fluido no refinamento do petróleo e em conversores catalíticos automotivos. Na indústria de vidros, o lantânio pode ser empregado como um aditivo responsável por absorver a radiação ultravioleta, alterar o índice de refração e assim colorizar. O lantanídeo também é adicionado em pequenas quantidades ao alumínio, aço, ferro, entre outros elementos, a fim de melhorar as propriedades físicas das ligas metálicas resultantes. Uma liga metálica famosa de lantanídeos (e, em consequência, o lantânio) é a “mischmetal”, também chamada de ferrocério ou auermetal, a qual contém cerca de 15 a 18% em massa de La.

Os compostos de La são usados em lâmpadas fluorescentes e outras aplicações que necessitem de luz colorida. Outros compostos de lantânio também podem ser empregados no tratamento de águas; o hidróxido de lantânio, por exemplo, pode ser usado para remoção de flúor e também para remoção de arsenatos de soluções aquosas. O lantânio é aplicado em alguns tipos de baterias recarregáveis de níquel-metal-hidreto, em que a principal função do La é armazenar hidrogênio.

O carbonato de lantânio foi aprovado para utilização humana pela FDA (Food and Drug Administration) dos Estados Unidos e pela União Europeia para reduzir os níveis de fosfato sérico no caso de falha crônica dos rins.

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Precauções com o lantânio

O lantânio, em si, não é considerado um elemento tóxico. Além disso, não há papel biológico para o elemento. Contudo, há um composto específico de La, que é o carbonato de lantânio, La₂(CO₃)₃, utilizado para fins medicinais. Sua administração envolve quantidades bem acima do necessário e comumente usadas pelas pessoas de modo geral (até 3.000 mg por dia). Apesar de a absorção do sal de lantânio ser bem baixa (ou desprezível), alguns efeitos colaterais foram identificados após administração oral de carbonato de lantânio.

Entre os efeitos colaterais estão distúrbios gastrointestinais, como diarreia, vômito e dor abdominal. Mialgia, hipotensão e confusão mental também são sintomas possíveis. Os sais de lantânio também podem interferir na absorção de outras substâncias, uma vez que o íon La3+ é capaz de reagir com a forma aniônica de outros medicamentos, como, por exemplo, tetraciclinas e quinolonas.

História do lantânio

O lantânio foi descoberto por um dos grandes químicos suecos da história, Carl Gustaf Mosander, que, após a conclusão de seus estudos, trabalhou para Jons Jacob Berzelius, provavelmente o maior químico da história da Suécia. No ano de 1826, Mosander acreditava que o óxido de cério de Berzelius era uma mistura de diversos óxidos metálicos. Contudo, para seu azar, Mosander esgotou os estoques de óxido de cério, deixando sua investigação de lado por 12 anos.

Em 1838, Mosander solicitou que um aluno produzisse uma boa quantidade de KCeSO₄, a partir de rejeitos do mineral cerita, recuperada durante os esforços para organizar a coleção mineral do Museu Sueco de História Natural. Assim como antes, Mosander buscou separar um elemento desconhecido dos sais de cério. Porém, somente após o sueco considerar que o óxido do metal desconhecido poderia ser mais básico é que ele conseguiu fazer sua extração, na forma de sais de cloreto e nitrato. O novo óxido era resistente tanto à oxidação quanto à redução.

No fim de 1838, Mosander sabia que ele havia encontrado um novo elemento no óxido de cério de Berzelius, mas hesitou em contar isso para Berzelius, como forma de poupá-lo de qualquer tipo de constrangimento por não ter conseguido purificar esse novo elemento. Apesar de, inicialmente, relutar em aceitar o novo óxido, foi Berzelius quem sugeriu o nome “lanthan”, derivado do grego “escondido”, pois o lantânio, aparentemente, sempre esteve escondido nos minérios de cério.

Pouco tempo depois, Mosander reduziu o cloreto de lantânio com potássio, atingindo o lantânio na forma metálica, chegando a uma massa atômica menor que a do cério. Apesar da aprovação de Berzelius, Mosander ainda relutava em publicar sua descoberta, pois acreditava, então, que o lantânio também poderia ser uma mistura, muito por conta de uma coloração avermelhada, ou roxeada, que aparecia junto com o lantânio nos experimentos.

Então, em 1840, Mosander conseguiu seprarar o óxido de cério de Berzelius em um óxido de coloração amarela (óxido de cério), um óxido branco (óxido de lantânio) e uma terceira substância de coloração rosa, à altura chamada de “óxido de didímio”, o que nós hoje conhecemos como neodímio.

Fontes

ALBÉNIZ, A. C.; ESPINET, P. Palladium: Inorganic & Coordination Chemistry. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry. 2. ed. Wiley: Nova Jersey, 2005.

CORDIER, D. J. Rare Earths. In: Mineral Commodity Summaries. p. 144-145. U. S. Geological Survey: Reston, Virginia, 2024.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95a ed. CRC Press: 2014.

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

THORNTON, B. F.; BURDETTE, S. C. Reactions coupled to palladium. Nature Chemistry. v. 11, n. 188, jan, 2019.

WEB MINERAL. Allanite-(La) Mineral Data. Disponível em: https://webmineral.com/data/Allanite-(La).shtml.

WEDEEN, R. P.; BERLINGER, B.; AASETH, J. Lanthanum. In: Handbook on the Toxicology of Metals. 4. ed. v. 2. p. 903-909. Academic Press: Cambridge, 2015.