A maioria dos americanos usa elementos de terras raras todos os dias - sem saber, ou saber alguma coisa sobre o que eles fazem. Isso pode mudar, já que esses materiais incomuns estão se tornando um ponto focal na escalada da guerra comercial entre os EUA e a China.

Stanley Mertzman, um geólogo cuja especialidade é a análise de raios-X de rochas e minerais para determinar sua composição química, e que ensina mineralogia na Franklin and Marshall College, explica mais sobre esses elementos fascinantes e pouco conhecidos - e a eletrônica moderna que eles tornam possível.

1. O que são elementos de terras raras?

Estritamente falando, são elementos como outros na tabela periódica - como carbono, hidrogênio e oxigênio - com números atômicos de 57 a 71. Existem dois outros com propriedades semelhantes que às vezes são agrupados com eles, mas os principais elementos de terras raras são aqueles 15. Para fazer o primeiro, lantânio, comece com um átomo de bário e adicione um próton e um elétron. Cada elemento sucessivo de terras raras adiciona mais um próton e mais um elétron.

É significativo que existam 15 elementos de terras raras:os estudantes de química podem se lembrar que quando os elétrons são adicionados a um átomo, eles se reúnem em grupos ou camadas, chamados orbitais, que são como círculos concêntricos de um alvo ao redor do centro do alvo do núcleo.

O círculo alvo mais interno de qualquer átomo pode conter dois elétrons; adicionar um terceiro elétron significa adicionar um no segundo círculo alvo. É para onde vão os próximos sete elétrons, também - após o qual os elétrons devem ir para o terceiro círculo alvo, que pode conter 18. Os próximos 18 elétrons vão para o quarto círculo alvo.

Então as coisas começam a ficar um pouco estranhas. Embora ainda haja espaço para elétrons no quarto círculo alvo, os próximos oito elétrons vão para o quinto círculo alvo. E apesar de mais espaço no quinto, os próximos dois elétrons depois disso vão para o sexto círculo alvo.

É quando o átomo se torna bário, número atômico 56, e os espaços vazios nos círculos-alvo anteriores começam a ser preenchidos. Adicionando mais um elétron - para fazer o lantânio, o primeiro na série de elementos de terras raras - coloca esse elétron no quinto círculo. Adicionando outro, para fazer cério, número atômico 58, adiciona um elétron ao quarto círculo. Fazendo o próximo elemento, praseodímio, realmente move o elétron mais novo do quinto círculo para o quarto, e adiciona mais um. De lá, elétrons adicionais preenchem o quarto círculo.

Em todos os elementos, os elétrons no círculo mais externo influenciam amplamente as propriedades químicas do elemento. Como as terras raras têm configurações idênticas de elétrons externos, suas propriedades são bastante semelhantes.

2. Os elementos de terras raras são realmente raros?

Não. Eles são muito mais abundantes na crosta terrestre do que muitos outros elementos valiosos. Mesmo a mais rara terra rara, túlio, com número atômico 69, é 125 vezes mais comum que o ouro. E a terra menos rara, cério, com número atômico 58, é 15, 000 vezes mais abundante que ouro.

Eles são raros em certo sentido, embora - mineralogistas os chamariam de "dispersos, "o que significa que eles são principalmente espalhados por todo o planeta em concentrações relativamente baixas. Terras raras são frequentemente encontradas em rochas ígneas raras chamadas carbonatitos - nada tão comum quanto o basalto do Havaí ou da Islândia, ou andesite do Monte Santa Helena ou do Vulcão Fuego da Guatemala.

Existem algumas regiões que têm muitas terras raras - e elas estão principalmente na China, que produz mais de 80 por cento do total anual global de 130, 000 toneladas métricas. A Austrália também tem algumas áreas, assim como alguns outros países. Os EUA têm uma pequena área com muitas terras raras, mas a última fonte americana para eles, Pedreira de Mountain Pass da Califórnia, fechado em 2015.

3. Se não forem raros, eles são muito caros?

Sim, bastante. Em 2018, o custo de um óxido de neodímio, número atômico 60, é US $ 107, 000 por tonelada métrica. O preço deve subir para US $ 150, 000 até 2025.

Europium é ainda mais caro - cerca de US $ 712, 000 por tonelada métrica.

Parte do motivo é que os elementos de terras raras podem ser quimicamente difíceis de separar uns dos outros para obter uma substância pura.

4. Para que são úteis os elementos de terras raras?

Na última metade do século 20, európio, com número atômico 63, teve grande demanda por seu papel como um fósforo produtor de cores em telas de vídeo, incluindo monitores de computador e TVs de plasma. Também é útil para absorver nêutrons nas hastes de controle dos reatores nucleares.

Outras terras raras também são comumente usadas em dispositivos eletrônicos hoje. Neodímio, número atômico 60, por exemplo, é um ímã poderoso, útil em smartphones, televisores, lasers, baterias recarregáveis ​​e discos rígidos. Uma próxima versão do motor de carro elétrico da Tesla também deve usar neodímio.

A demanda por terras raras tem aumentado constantemente desde meados do século 20, e não há materiais alternativos reais para substituí-los. Tão importante quanto as terras raras são para uma sociedade moderna baseada na tecnologia, e por mais difíceis que sejam de minerar e usar, a batalha tarifária pode colocar os EUA em uma situação muito ruim, transformando o próprio país e os próprios elementos de terras raras em peões neste jogo de xadrez econômico.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.