Apesar do nome, Terras Raras não são tão raras assim. Ao todo, as terras são 17 elementos, e 16 delas são estudadas em um laboratório do Instituto de Química da Universidade de São Paulo. “Trabalho na parte da preparação de materiais luminescentes. Faço deles dispositivos conversores de luz e, de todos, só não uso o promécio por conta de ser radioativo” diz Hermi Felinto de Brito, professor titular do Departamento de Química Fundamental.
Elas são capazes de oferecer diversas utilidades para o cotidiano, de funções mais voltadas para a segurança, como anti-falsificadores, até para a medicina, sendo usados como biomarcadores.
O que mais chama atenção nesses elementos são suas capacidades ópticas. “Trabalhamos muito na parte de espectroscopia. Eu preparo um material, um composto, e o chamo de dispositivo. Posso irradiar com luz ultravioleta e ele passa a emitir luz numa região visível ao olho humano. Então é um dispositivo conversor, ele faz a mudança da luz ultravioleta em radiação na luz visível.”
Além disso, nem sempre o material por si só consegue emitir luz. Em alguns casos, é necessário algo a mais para que se tenha tal resultado, e podemos chamar isso de um ligante. “Quando há deficiências nesses materiais, nós produzimos designs moleculares para ele poder emitir. Nós colocamos outras substâncias em volta que possa absorver e transferir energia para a terra rara”.
Por que o nome se não é tão difícil de achar?
Quando descobriram os elementos, perceberam a dificuldade de poder separá-los. “6 elementos estavam extremamente juntos, e eles eram semelhantes. Acabavam achando, na época da descoberta, que era um só. E pela dificuldade de separar, ele também era caro”.
No entanto, Brasil e China descobriram diversas reservas de Terras Raras. Houve um barateamento do preço, possibilitando seu uso e experimento em maior escala. E somado a isso, desenvolveram-se melhores técnicas de separação dos elementos.
O processo laboratorial
Há o íon de terra rara, em forma de óxido. É possível preparar diversos compostos e, a partir de um ligante que receba e transfira energia para o íon, há a emissão de luz. “Nós jogamos luz ultravioleta na parte eletrônica do ligante. O que está no entorno absorve e transfere para o átomo central” e ressalta “essa é a característica principal das Terras Raras: a capacidade de absorver do ligante e emitir”.
Há algumas especificidades na hora de fazer o preparo dos ligantes. Dependendo do ligante que é preparado para o composto de terra rara, ele é capaz de transferir energia. Por exemplo, o ligante de hexafluoro acetilacetona consegue transferir energia para o Sumário (Sm) e o Európio (Eu). Não adianta preparar para o Térbio (Tb) pois ele não tem a capacidade de transferir mais energia do que possui.
“Então já se sabe de antemão: se eu tenho o ligante com a maior capacidade de transferência de energia, eu posso preparar todos esses quatro compostos diferentes (imagem a seguir), e de acordo com transferência escolhida, o composto pode brilhar mais ou menos” explica Hermi.
Ele também menciona que, na parte mais teórica, conta com ajuda. “Tem uma parte de caracterização de química e física. Eu tenho colaboradores teóricos de altíssimo nível”.
Utilizações para a sociedade
Esses materiais podem ter diversas utilizações, desde segurança até questões médicas. É possível ver em sinais de trânsito, iluminação de emergência, painéis automotivos, pintura luminosa, relógios, mostradores, estamparia têxtil, cerâmicas, entre outros. Na parte biológica, é possível o uso como biomarcadores.
Outra função muito importante, mas pouco conhecida, é a utilização desses compostos como anti-falsificadores. “Ao colocá-lo num polímero, posso irradiar luzes com diferentes comprimentos de onda. Dependendo da escolha, ele emite vermelho ou verde, porque misturei (um emissor de luz vermelha) Európio com (um emissor de luz verde) Térbio, e isso serve como um excelente marcador óptico para cédula. Num mesmo sistema você tem duas cores que são emitidas por comprimentos de ondas diferentes, e isso não é fácil de preparar. Vira um marcador óptico bicolor”.
Em casos mais voltados para medicina, o marcador no exame da próstata pode ser um composto de Európio. Ao tirar sangue, se coloca um dispositivo. Se ele irradiar a luz condizente do elemento, o vermelho vai indicar positivo para a presença de alguma substância.
Além disso, existe a possibilidade de produzirem compostos ópticos térmicos. “É viável criar um sensor de temperatura em que o composto muda a cor que ele emite de acordo com a temperatura que está inserido. Você pode notar facilmente uma mudança de forma visual”.
E entrando em outros dois campos que envolvem Terras Raras, Hermi fala sobre o trabalho com eletroluminescência e luminescência persistente. A primeira consiste em, através de um campo elétrico, a terra rara emitir luz. Assim, não há a necessidade de direcionar uma outra luz sobre ela. Já o segundo campo envolve uma emissão contínua mesmo quando é cessado o fornecimento de luz. “Um composto com luminescência persistente pode continuar emitindo luz por 10 horas, ou mesmo mais. Isso é utilizado em ciclovias na Holanda por exemplo. Há também uma aplicação com células solares: elas absorvem a luz durante o dia, e a noite, mesmo sem a iluminação, continuam a fornecer energia, como um gerador” finaliza.
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