Conheça o metal que pega fogo

O cério, de símbolo Ce, é um metal pertencente ao grupo dos lantanídeos e o elemento mais abundante no grupo classificado como terras raras. Possui número atômico 58 e massa atômica 140,12 u. Foi isolado em 1803 e seu nome faz referência ao asteroide Ceres, descoberto dois anos antes, cujo nome homenageia Ceres, a deusa romana da agricultura e das colheitas.

O elemento está presente em diversos minerais, como a allanita e a monazita. Apresenta coloração e brilho semelhantes aos do ferro, porém é um metal macio, maleável e dúctil, características típicas dos lantanídeos.

O cério apresenta quatro isótopos naturais, um estável e três radioativos, além de dezenas de radioisótopos artificiais. O isótopo ¹⁴⁰Ce é o mais abundante (≈ 88,45%) e considerado estável. Os três isótopos radioativos são: ¹⁴²Ce (que corresponde a cerca de 11,11% da composição natural e possui meia-vida superior a 5,0 × 10¹⁶ anos); ¹³⁸Ce (≈ 0,25%) e ¹³⁶Ce (≈ 0,19%), ambos ocorrem em menores proporções, com decaimento teórico por emissão beta dupla.

Além dos naturais, são conhecidos mais de trinta radioisótopos de cério, produzidos artificialmente ou em processos de fissão nuclear. Entre os mais relevantes destacam-se ¹⁴⁴Ce (meia-vida ≈ 284,9 dias), ¹³⁹Ce (≈ 137,6 dias) e ¹⁴¹Ce (≈ 32,5 dias), enquanto os demais apresentam, em geral, meias-vidas curtas, frequentemente inferiores a quatro dias e, em muitos casos, menores que dez minutos.

Embora pertença ao grupo denominado de terras raras, o cério é relativamente abundante na crosta terrestre, cerca de 68 partes por milhão, sendo mais comum que o chumbo. Suas principais aplicações envolvem a formação de ligas metálicas contendo elementos de terras raras.

O cério é um elemento bastante reativo, e entre as terras raras apenas o európio apresenta maior reatividade. O metal escurece rapidamente quando exposto ao ar e é prontamente atacado por soluções alcalinas e por ácidos, sejam diluídos ou concentrados. Oxida-se lentamente em água fria e muito rapidamente em água quente, podendo inflamar-se quando submetido à fricção no estado puro.

Embora o cério não seja radioativo, os minerais dos quais é extraído podem conter traços de tório, elemento naturalmente radioativo.

Obtenção

O cério é o lantanídeo mais abundante e ocorre em diversos minerais, entre os quais se destacam a allanita (Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃(OH), a monazita (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄, a bastnasita (Ce, La, Y)CO₃F, além de cerita e samarskita. Atualmente, a monazita e a bastnasita constituem as principais fontes industriais desse metal.

Depósitos significativos de monazita são encontrados nas praias de Travancore, na Índia, e em areias fluviais do Brasil. A allanita ocorre principalmente no oeste dos Estados Unidos, enquanto a bastnasita é explorada em regiões do sul da Califórnia.

A presença de cério em misturas de terras raras pode ser identificada por meio de um ensaio qualitativo sensível: a adição de amônia e peróxido de hidrogênio a soluções aquosas contendo lantanídeos produz uma coloração marrom escura característica quando o elemento está presente.

A obtenção do cério pode envolver processos de troca iônica utilizando areias monazíticas como matéria-prima.

O cério metálico é produzido por técnicas de redução metalotérmica, como a redução de fluoreto de cério com cálcio, ou por eletrólise de cloreto de cério fundido, entre outros métodos. A técnica metalotérmica produz cério com elevada pureza.

O Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) não divulga dados específicos sobre a produção de cério, mas apresenta estatísticas globais para terras raras. Em 2024, a produção mundial de minerais contendo terras raras foi estimada em aproximadamente 390 mil toneladas, com destaque para China, Estados Unidos e Mianmar como principais produtores. Nesse mesmo ano, o Brasil registrou produção aproximada de 20 toneladas de terras raras.

Cinema, isqueiros, fornos, vidros

O cério é um dos elementos das terras raras utilizados para a fabricação de lâmpadas de arco de carbono, fontes de iluminação extremamente intensas amplamente usadas na indústria cinematográfica, tanto em estúdios quanto em projetores.

Devido à sua capacidade de entrar em ignição quando riscado por um objeto afiado, o cério é o componente de uma liga metálica – denominada misch metal em inglês – utilizada na fabricação de pedras de isqueiros. Trata-se de uma liga pirofórica – geralmente contendo também ferro – que se inflama com facilidade quando submetida a atrito ou impacto mecânico, em razão da rápida oxidação de suas partículas quando expostas ao ar. Apesar dessas propriedades, o cério metálico pode ser utilizado com segurança quando adequadamente combinado a outros materiais.

Os óxidos de cério (Ce₂O₃ e CeO₂) são componentes importantes em revestimentos de fornos autolimpantes e em mantas de lampiões a gás, além de serem amplamente utilizados no polimento de superfícies de vidro.

O sulfato de cério (Ce(SO₄)₂) é utilizado em processos químicos como agente oxidante em análises volumétricas. Devido à sua coloração vermelha intensa, também pode ser utilizado como pigmento. Compostos de cério são aplicados na fabricação de vidro, atuando tanto como aditivos quanto como agentes descolorantes.

Além disso, o cério é usado como catalisador em processos de refino do petróleo e como componente de ligas de metais especiais. O oxalato de cério possui aplicação farmacêutica como agente antiemético, sendo utilizado em medicamentos destinados ao tratamento de náuseas e vômitos.

Descoberta

O cério foi descoberto em 1803 a partir de um mineral proveniente de Bastnäs, na Suécia, pelo químico Jöns Jakob Berzelius, com material fornecido pelo mineralogista Wilhelm Hisinger. No mesmo ano, o elemento foi descoberto de forma independente na Alemanha, por Martin Heinrich Klaproth. O nome “cério”, proposto por Berzelius, homenageia o asteroide Ceres, descoberto dois anos antes, cujo nome faz referência à deusa romana da agricultura e das colheitas.

A busca pela prioridade da descoberta deu origem a uma polêmica entre os discípulos de Berzelius e os de Klaproth, e a uma intensa troca de cartas entre os pesquisadores. A polêmica foi posteriormente mediada e finalmente esclarecida pelo químico francês Louis Nicolas Vauquelin, mantendo o nome atribuído por Berzelius ao elemento.

Inicialmente, o cério foi isolado apenas na forma de óxido, pois o metal apresentava caráter altamente eletropositivo, o que dificultava sua obtenção com as técnicas disponíveis na época. O avanço da eletroquímica, impulsionado por Humphry Davy, cinco anos depois, permitiu a posterior descoberta dos metais presentes nas terras raras.

Berzelius acreditava que tanto a ítria, descoberta por Johan Gadolin, quanto a céria eram, na realidade, misturas de diferentes “terras”. Por essa razão, incentivou o químico sueco Carl Gustav Mosander a aprofundar os estudos. Em 1839, trabalhando em Estocolmo, Mosander demonstrou que a céria era composta por duas “terras”, a céria e a lantana.

Pouco tempo depois, em 1841, Mosander verificou que a lantana também era constituída por duas “terras”: lantana e didímia. Em 1843, avançou ainda mais ao separar a ítria em três “terras”: ítria, térbia e érbia, e desta forma conseguiu isolar ao todo seis terras raras. Mosander também obteve a primeira amostra de cério metálico, embora bastante impura (com menos de 50% do elemento), por redução do cloreto de cério(III) com vapor de potássio.

A primeira amostra de cério com pureza significativa foi obtida em 1875 pelos químicos norte-americanos William F. Hillebrand e Thomas H. Norton, por eletrólise do cloreto de cério(III) (CeCl₃). Em 1911, o químico norte-americano Alcan Hirsch, na Universidade de Wisconsin, obteve cério quase totalmente puro, representando um importante avanço na obtenção do metal em alta pureza.

Referências

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Texto produzido pela jornalista Mari Menda, da Gerência de Relações Institucionais do CRQ-SP,
e revisado pela Profa. Dra. Márcia Guekezian, Coordenadora do curso de
Engenharia Química da Faculdade de São Bernardo do Campo – FASB