Biografias e Curiosidades: Biografia de François Lecoq de Boisbaudran

sábado, 1 de março de 2014

Biografia de François Lecoq de Boisbaudran

Boisbaudran

François Lecoq de Boisbaudran. (Paul Émile François Lecoq de Boisbaudran). Nasceu em Cognac, França, a 18 de Abril de 1838, e, faleceu em Paris, a 28 de Maio de 1912. Boisbaudran foi um químico francês conhecido pelas suas descobertas dos elementos químicos gálio, samário e disprósio. Foi agraciado com a Medalha Davy (1879) e, em 7 de Março 1876, foi feito Cavaleiro da Legião de honra, decoração fornecido a ele pelo Ministro.

Biografia

Boisbaudran pertencia à antiga nobreza protestante muito abastada, a qual, porém, desapareceu após a revogação do Édito de Nantes. Os bens da família foram vendidos e o seu pai Paul começou um negócio de vinhos em Cognac. Este projeto requeria a energia de toda a família incluindo o jovem Pierre-Émile. A sua mãe havia tido uma boa educação e ensinou-lhe história e línguas estrangeiras. Estudou alguns cursos na École Polytechnique lendo as sebentas correspondentes e equipou um modesto laboratório onde começou a replicar as experiências sobre as quais lera nos livros. Foi neste laboratório que fez as suas primeiras descobertas, incluindo o isolamento do gálio. O seu trabalho inicial focava-se sobre a sobressaturação de soluções. Demonstrou que a sobressaturação é destruída pelo contacto com cristais de uma sal isomorfo, e que é possível preparar soluções de sais anidros num estado de sobressaturação (1866-1869). Em 1874 descobriu que as faces octaédricas são menos solúveis que as faces cúbicas, no caso dos cristais de alúmen de amônio, e publica Spectres Lumineux, Spectres Prismatiques, et en Longueurs d'ondes Destinés aux Recherche de Chimie Minérale, uma das obras fundadoras da espectroscopia. Os seus trabalhos principais, porém, relacionam-se com as espectroscopia e a sua aplicação aos elementos terras-raras. Ele analisou os espectros de 35 elementos, usando o bico de Bunsen, faíscas elétricas ou ambos para induzir luminescência e desta maneira descobriu os lantanídios samário (1879) e disprósio (1886) e európio (1890), embora a descoberta deste último elemento não lhe seja creditada. Foi também o primeiro a isolar o gadolínio (1885), elemento descoberto em 1880 por Jean Charles Galissard de Marignac. Contudo, o seu trabalho mais notável foi a descoberta do gálio. Em 1875 havia obtido vários miligramas de cloreto de gálio, extraído de uma amostra de 52kg de minério, e nele encontrou novas linhas espectrais. Continuou as experiências usando várias centenas de quilogramas de minério de zinco dos Pireneus e nesse mesmo ano isolou mais de um grama do metal puro

Dmitri Mendeleev

por eletrólise de uma solução do seu hidróxido em hidróxido de potássio. Mais tarde preparou 75 gramas de gálio a partir de mais de 4 toneladas de minério. Calculou que o peso atômico do gálio seria 69,86, próximo do valor atualmente aceite de 69,723(1). Por este seu trabalho, recebeu a Cruz da Legião de Honra, a Medalha Davy (1879) e o Prêmio Lacaze no valor de 10.000 francos. Foi eleito membro estrangeiro da Royal Society em 1888. Foi mais tarde dito que havia designado o elemento em honra a si próprio, pois gallus é a tradução para o latim do francês "le coq", mas Lecoq negou tal afirmação num artigo em 1877 e assegurou que o nome do elemento tinha origem no termo latino para a Gália, Gallia. A existência do gálio havia sido prevista em 1871 por Dmitri Mendeleev, que lhe chamara eka-alumínio, e a sua descoberta foi um impulso para a teoria da tabela periódica de Mendeleev. Contribuiu adicionalmente para o desenvolvimento da classificação periódica dos elementos ao propor, pouco tempo após a sua descoberta, que o árgon era membro de uma nova e série química de elementos, que mais tarde viriam a ser conhecidos como gases nobres. Após 1895, os deveres familiares e a sua saúde debilitada limitaram o seu trabalho. Sofria de anquilose articular e faleceu em 1912, com 74 anos de idade.

Gálio

Cristais de Gálio de pureza 99,999%.

Gálio é um elemento químico de símbolo Ga, de número atômico 31 (31 prótons e 31 elétrons) e massa atômica igual a 69,7 u. É um metal pertencente ao grupo 13 (IIIA) da classificação periódica dos elementos. A temperaturas um pouco mais altas do que a temperatura ambiente encontra-se no estado líquido. Foi descoberto em 1875 por Lecoq de Boisbaudran. Na forma metálica é utilizado para a produção de espelhos, ligas metálicas de baixos pontos de fusão e termômetros. O seu composto arsenieto de gálio é empregado na produção de circuitos integrados e diodos.

Características principais

Nível eletrônico (electron shell).

O gálio é um metal mole, grisáceo no estado líquido e prateado brilhante ao solidificar. Quando sólido desagrega a baixas temperaturas pois funde ao redor da temperatura ambiente (como o césio, mercúrio e rubídio), inclusive quando colocado nas mãos, devido ao seu baixo ponto de fusão (28,76 °C). A faixa de temperatura na qual permanece no estado líquido é um dos mais altos entre os metais (2.174 °C separam seus pontos de fusão e ebulição) e sua pressão de vapor é baixa mesmo a altas temperaturas. O gálio se expande aproximadamente 3,1% ao solidificar e flutua no seu líquido do mesmo modo que o gelo na água. Apresenta uma forte tendência a permanecer no estado líquido abaixo do seu ponto de fusão, sendo necessário um grão (pequeno sólido adicionado ao líquido) para ocorrer a solidificação. A cristalização não produz nenhuma das estruturas cristalinas simples. A fase estável nas condições normais é ortorrômbica com 8 átomos em cada célula unitária, na qual cada átomo apresenta um único átomo na vizinhança a uma distância de 2,44 Å, e com demais seis a 2,83 Å. Nesta estrutura a ligação química formada entre os átomos mais próximos é do tipo covalente sendo a molécula Ga₂ a que realmente forma o retículo cristalino. Em outras condições de pressão e temperatura se tem encontrado numerosas fases estáveis e metaestáveis diferentes. O gálio corroí outros metais quando se difunde em suas redes cristalinas.

Posição na Tabela Periódica

símbolo: Ga
número atômico: 31
série química: metal representativo

Aplicações

A principal aplicação do gálio, na forma de arsenieto de gálio, é na construção de circuitos integrados e dispositivos optoeletrônicos como diodos de laser e diodos LED.

Devido ao seu intenso aspecto prateado brilhante e a capacidade de impregnar superfícies de vidro e porcelana é utilizado na construção de espelhos.
Se emprega para dopar materiais semicondutores e construir dispositivos diversos como transístores.
Em termômetros de alta temperatura por seu baixo ponto de fusão, que o mantém em estado líquido, e seu alto ponto de ebulição, que o permite medir elevadas temperaturas.
O gálio forma facilmente ligas metálicas com a maioria dos metais produzindo ligas de baixos pontos de fusão.
O isótopo radioativo Ga-67 é empregado em medicina nuclear como análogo fisiológico do íon Ferro 3+.
Descobriu-se recentemente que ligas de gálio-alumínio em contato com água produzem uma reação química dando como resultado hidrogênio, por impedir a formação de camada protetora (passivadora) de óxido de alumínio e fazendo o alumínio se comportar similarmente a um metal alcalino como o sódio ou o potássio. Tal propriedade é pesquisada como fonte de hidrogênio para motores, em substituição aos derivados de petróleo e outros combustíveis de motores de combustão interna.

História

O gálio (do latim Gallia, França), foi descoberto através da espectroscopia por Lecoq de Boisbaudran em 1875 por seu espectro característico (duas linhas no ultravioleta) ao examinar uma blenda de zinco procedente dos Pirenéus. No mesmo ano foi isolado pelo próprio Lecoq através do processo de eletrólise do hidróxido numa solução de hidróxido de potássio (KOH) dando ao novo elemento o nome do seu país natal: Gallia. Como era do gosto dos cientistas dos finais do século XIX, O descobridor utilizou um jogo de palavras com seu próprio nome para nomear o elemento: gallus significa galo, coq em francês. Antes da descoberta da maioria das propriedades do elemento, estas já haviam sido previstas e descritas por Dmitri Ivanovich Mendeleyev — que o chamou de eka-aluminio — baseando-se na posição que este elemento deveria ocupar na tabela periódica.

Abundância e obtenção

Se tem encontrado traços do metal em minerais como a bauxita, carvão, diáspora, germanita e esfalerita, e como subproduto em processos de obtenção de vários metais.

Isótopos

Em medicina nuclear se emprega o gálio como elemento traçador (escâner de gálio) para o diagnóstico de enfermidades inflamatórias ou infecciosas ativas , tumores e abcessos devido ao seu acumulo nos tecidos que apresentam estas patologias. O isótopo Ga-67 é injetado na corrente sanguínea através de uma veia do braço na forma de citrato de gálio. O escaneamento é feito dois ou três minutos após a aplicação para dar tempo que este se acumule nos tecidos afetados. Posteriormente ocorre a sua eliminação pela urina e fezes. A exposição a radiação do gálio é inferior a de outros procedimentos como o raio X ou Tomografia computadorizada.

Precauções

Devido a expansão ao solidificar, o gálio líquido não deve ser armazenado em recipientes rígidos como metálicos ou vidro. Pelo mesmo motivo o recipiente não pode ser completamente preenchido com gálio líquido.

Samário

Cristal de samário em uma ampola.

O samário é um elemento químico de símbolo Sm e de número atômico igual a 62 (62 prótons e 62 eléctrons), com massa atômica 150,36 u. À temperatura ambiente, o samário encontra-se no estado sólido. Faz parte do grupo das terras raras. É utilizado em lâmpadas de eletrodos de carbono na indústria cinematográfica. Foi descoberto pelo francês Lecoq de Boisbaudran em 1879.

Características principais

O samário é um metal terra rara, com brilho prateado brilhante, razoavelmente estável no ar. Inflama-se no ar a temperatura de 150°C. Existem três estruturas cristalinas para o metal, ocorrendo as transformações nas temperaturas de 734 e 922°C, respectivamente.

Aplicações

Alguns usos do samário:

Em lâmpadas de eletrodos de carbono na indústria cinematográfica utilizadas em iluminação de cenários e projetores de filmes, junto com outras terras raras.
Para dopar cristais de CaF₂ para uso em masers ou lasers.
Como absorvente de nêutrons em reatores nucleares.
Em ligas para a produção de fones de ouvido.
Liga de samário-cobalto , SmCo₅ é usado para a produção de imãs permanentes com resistência à desmagnetização elevada, maior do que qualquer outro material magnético.
O óxido de samário é usado em vidros ópticos para absorção de radiação infravermelha. Utilizados em óculos de sol.
Sais de samário são usados em cintiladores fotossensíveis na região do infravermelho e vermelho.
O óxido de samário é usado como catalisador para a desidratação e desidrogenação do etanol.
O titanato é usado para estabilizar o desempenho de condensadores elétricos.
Catalisador na desidrogenação e desidratação do etanol em sínteses orgânicas, o isótopo radioativo 153Sm, utilizado juntamente com cálcio e fósforo na medicina para o tratamento de dores ósseas em pacientes com câncer e em sensores de absorção de espectroscopia no infra vermelho.

História

Nível eletrônico (electron shell).

O samário foi descoberto pela primeira vez em 1879, por espectroscopia, pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac a partir do didímio, sendo isolado em Paris, no ano de 1879, pelo químico francês Paul Émile Lecoq de Boisbaudran a partir do mineral samarskita ((Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆). Tal como ocorrera com o mineral, o nome do elemento homenageia o coronel engenheiro de minas russo Vasili Samarsky-Bykhovets.

Papel biológico

O samário não tem nenhum papel biológico conhecido, porém parece estimular o metabolismo.

Ocorrência

O samário nunca é encontrado na forma livre na natureza, porém, como os demais elementos terras raras , é encontrado em diversos minerais incluindo a monazita, bastnasita e samarskita. A monazita (onde ocorre na extensão de 2,8%) e a bastnasita são usados como fontes comerciais. O metal Misch, que contém até 1% de samário, tem sido usado por muito tempo como fonte de samário, porém era difícil separá-lo dos demais elementos terras raras. Recentemente, o metal passou a ser obtido na forma pura, através do uso de processos de troca iônica, técnicas de extração por solvente , e por deposição eletroquímica utilizando uma solução de citrato de lítio com eletrodos de mercúrio. O metal é preparado frequentemente pela eletrólise de uma mistura fundida de cloreto de samário III com cloreto de sódio ou cloreto de cálcio. O samário também pode ser obtido reduzindo seu óxido com lantânio.

Posição na Tabela Periódica

símbolo: Sm
número atômico: 62
série química: lantanídeos

Compostos

Os compostos de samário incluem:

Fluoretos: SmF₂ e SmF₃
Cloretos: SmCl₂ e SmCl₃
Brometos: SmBr₂ e SmBr₃
Iodetos: SmI₂ e SmI₃
Óxidos: Sm₂O₃
Sulfetos: Sm₂S₃
Selenetos: Sm₂Se₃
Teluretos: Sm₂Te₃

Isótopos

O samário natural é composto por 4 isótopos estáveis , ¹⁴⁴Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm e ¹⁵⁴Sm, e 3 radioisótopos , ¹⁴⁷Sm, ¹⁴⁸Sm e ¹⁴⁹Sm, sendo o ¹⁵²Sm o mais abundante (abundância natural de 26,75%). 32 radioisótopos tem sido caracterizados, sendo os mais estáveis o 148-Sm com uma meia-vida de 7 · 10¹⁵ anos , o ¹⁴⁹Sm com uma meia-vida de 2 · 10¹⁵ anos e o ¹⁴⁷Sm com uma meia-vida de 1,06 · 10¹¹ anos. Todos os demais isótopos radioisótopos apresentam meias-vidas abaixo de 1,04 · 10⁸ anos, e a maioria destes com meias-vidas abaixo de 48 segundos. Este elemento apresenta 5 metaestáveis , sendo os mais estáveis: ^141mSm (t_½ 22,6 minutos), ^143m1Sm (t_½ 66 segundos) e ^139mSm (t_½ 10,7 segundos).

O primeiro modo de decaimento antes do isótopo estável mais abundante, ¹⁵²Sm, é a captura eletrônica, e o primeiro modo após este é a emissão beta menos. Os primeiros produtos de decaimento antes do ¹⁵²Sm são os isótopos do elemento Pm (promécio), e os produtos após são os isótopos do elemento Eu (európio).

Precauções

Como os demais lantanídios, o samário é de baixa a moderada toxicidade, embora a sua toxicidade não tenha sido ainda investigada em detalhes.

Disprósio

Lascas de Disprósio.

O disprósio é um elemento químico de símbolo Dy e de número atômico igual a 66 (66 protões e 66 electrões), com massa atômica 162,5 u. À temperatura ambiente, o disprósio encontra-se no estado sólido. Faz parte do grupo das terras raras. O disprósio é usado, em conjunto com o vanádio e outros elementos, como componente de materiais para lasers. Este elemento foi identificado pela primeira vez em 1886, em Paris, pelo químico francês Paul Émile Lecoq de Boisbaudran.

Características principais

O disprósio é um elemento terra rara que apresenta brilho metálico prateado e é relativamente estável no ar em temperatura ambiente, porém se dissolve em ácidos minerais diluídos ou concentrados com liberação de hidrogênio, isto é, oxidando-se. É macio o bastante para ser cortado com uma faca, e pode ser processado com máquinas sem emitir faíscas, evitando o superaquecimento. As características do disprósio podem ser muito afetadas por pequenas quantidades de impurezas.

Aplicações

Nível eletrônico (electron shell).

O disprósio é usado, em conjunto com o vanádio e outros elementos, como componente de materiais para lasers. Sua alta secção eficaz de absorção de nêutrons térmicos e seu alto ponto de fusão sugerem sua utilidade para uso em barras de controle nuclear. Um óxido misto de disprósio e níquel forma materiais que absorvem os nêutrons, não se contraem e não se dilatam sob bombardeio prolongado de nêutrons, por isso usado para barras de esfriamento em reatores nucleares. Alguns calcogênios de disprósio e cádmio são fontes de radiação infravermelha para o estudo de reações químicas. O disprósio também é usado para a fabricação de discos compactos.

História

O disprósio foi identificado pela primeira vez em 1886, em Paris, pelo químico francês Paul Émile Lecoq de Boisbaudran; entretanto, o elemento foi isolado na forma relativamente pura somente após o desenvolvimento, por Spedding, das técnicas de troca iônica e redução metalográfica, na década de 1950. O nome disprósio é derivado do grego dysprositos, que significa difícil de atingir.

Ocorrência e obtenção

O disprósio nunca é encontrado como elemento livre, porém encontrado em muitos minerais, incluindo xenótimo, fergusonita, gadolinita, euxenita, policrase, blomstrandina, monazita e bastnasita, frequentemente com o érbio, hólmio ou outros elementos terras raras. A principal fonte de disprósio é a euxenita, porém também é obtido como subproduto do processamento da monazita.

Posição na Tabela Periódica

símbolo: Dy
número atômico: 66
série química: lantanídeos

Compostos

Quase todos os compostos do disprósio apresentam estado de oxidação +3, e são altamente paramagnéticos. Os principais compostos são:

Fluoretos (DyF₃), Cloretos (DyCl₂ e DyCl₃), Brometos (DyBr₂ e DyBr₃), Iodetos (DyI₂ e DyI₃), Óxidos (Dy₂O₃), Sulfetos (Dy₂S₃) e Nitretos (DyN).

Isótopos

O disprósio natural é composto por 7 isótopos estáveis, 156-Dy, 158-Dy, 160-Dy, 161-Dy, 162-Dy, 163-Dy e 164-Dy, sendo o 164-Dy o mais abundante (abundância natural de 28,18%).

28 radioisótopos foram caracterizados, sendo os mais estáveis o 154-Dy com uma meia-vida de 3.10⁶ anos, 159-Dy com meia-vida de 144,4 dias, e o 166-Dy com uma meia-vida de 81,6 horas. Todos os isótopos radioativos restantes tem meias-vida abaixo de 10 horas, e a maioria destes com meias-vida menos de 30 segundos. Este elemento tem também 5 metaestáveis, sendo os mais estáveis o 165m-Dy (meia-vida de 1,257 minutos), 147m-Dy (t_½ 55,7 segundos) e 145m-Dy (t_½ 13,6 segundos).

O primeiro modo de decaimento antes do isótopo estável mais abundante, 164-Dy, é a captura eletrônica, e o primeiro modo de decaimento após este estável é a emissão beta menos. Os primeiros produtos de decaimento antes do 164-Dy são os isótopos de térbio, e os primeiros produtos após são os isótopos de hólmio.

Precauções

Da mesma maneira que ocorre com os outros lantanídios, os compostos de disprósio apresentam de baixa a moderada toxicidade, embora a sua toxicidade não tenha sido investigada. Não se conhece nenhuma ação biológica deste elemento.