p Os elementos de lantanídeos são partes essenciais das commodities de alta tecnologia de hoje, incluindo TVs de tela plana, celulares, carros elétricos, e satélites. Embora a demanda por esses elementos seja alta, separar lantanídeos de impurezas (outros lantanídeos) é extremamente difícil. A indústria usa extração líquido-líquido. O alvo na água desliza para uma fase oleosa com a ajuda de uma molécula extratora. As impurezas permanecem na água. Por décadas, pesquisadores desenvolveram novos extratores. Contudo, eles negligenciaram em grande parte os efeitos sutis das finas camadas de água que vêm junto com o passeio, enrolado em torno do alvo. Uma nova pesquisa revela que arranjos peculiares de moléculas de água afetam o funcionamento do extrator. p As descobertas enfatizam o benefício de controlar as interações sutis da esfera externa. A extração líquido-líquido de lantanídeos é uma tecnologia bem desenvolvida. Por que alguns extratores são extremamente seletivos e outros não, não é bem compreendido. Também, como projetar seletividade aprimorada não é bem conhecido. Saber como a água que é extraída com o elemento alvo influencia a separação é uma etapa vital para projetar melhores sistemas de extração. Esses sistemas podem obter os lantanídeos necessários para dispositivos de alta tecnologia.

p A compreensão fundamental do reconhecimento seletivo e da separação de íons lantanídeos por agentes quelantes é de importância crucial para o avanço dos sistemas de energia sustentável. Os lantanídeos são difíceis de separar uns dos outros devido às semelhanças em suas propriedades físicas e químicas. A maioria dos processos de separação tira proveito de uma pequena diminuição no raio iônico que ocorre ao longo da série de lantanídeos. Esses processos de separação usam dois líquidos. Os líquidos são como óleo e água. Eles podem ser misturados, mas sempre separados em camadas diferentes. Durante a mixagem, o líquido extratante retira o complexo de lantanídeos alvo, rodeado por camadas de moléculas de água. O líquido extratante contém braços, chamados ligantes, que agarram o lantanídeo. Para um ligante ideal, a diminuição do raio iônico resultaria em um aumento constante da extração em toda a série. Isso é, os ligantes capturariam mais lutécio (o lantanídeo com o menor raio) do que o lantânio (com o maior raio). Contudo, com o ligante diglicolamida, A extração de lantanídeos aumenta entre os lantanídeos leves e médios, mas a seletividade permanece quase constante nos lantanídeos menores, lantanídeos pesados. A colaboração entre a Colorado School of Mines e o Oak Ridge National Laboratory elucidou a origem da seletividade dos lantanídeos por meio de investigações complementares integrando estudos de distribuição. cálculos de mecânica quântica, e simulações clássicas de dinâmica molecular.

p Os resultados mostram uma relação entre água coextraída e extração de lantanídeos pelo ligante diglicolamida em toda a série. A descoberta aponta para a importância das interações de ligações de hidrogênio entre íons nitrato da esfera externa no ligante e o complexo de lantanídeos e aglomerados de água em um ambiente apolar. Com base nos estudos experimentais e da teoria do funcional da densidade, o mecanismo subjacente à captação de água está relacionado à área de superfície dos contra-íons de nitrato disponíveis para interagir com a água coextraída. Simulações de dinâmica molecular elucidam ainda mais que os íons nitrato da esfera externa nos ligantes formam ligações de hidrogênio com moléculas de água.

p Em uma perspectiva mais ampla, esses resultados têm implicações significativas para o projeto de novos sistemas de separação e processos para íons lantanídeos trivalentes, enfatizando a importância de ajustar as interações das esferas interna e externa para obter controle total sobre a seletividade na extração líquido-líquido de lantanídeos.