O disprósio é sintetizado nas estrelas principalmente pelo processo s (captura lenta de nêutrons) que ocorre em estrelas AGB (gigantes assintóticas) de baixa a média massa, com uma contribuição significativa do processo r (captura rápida de nêutrons) durante eventos explosivos como supernovas. Os modelos atuais de nucleossíntese estimam que cerca de 60-70% do disprósio solar provém do processo s, e 30-40% do processo r. Essa origem mista torna-o um traçador interessante de ambos os processos de nucleossíntese.
A abundância cósmica do disprósio é de cerca de 1,9×10⁻¹² vezes a do hidrogênio em número de átomos, tornando-o ligeiramente mais abundante que o térbio. Devido ao seu número atômico par (Z=66), é mais abundante que seus vizinhos ímpares (Tb-65 e Ho-67), de acordo com a regra de Oddo-Harkins. Na série dos lantanídeos, o disprósio faz parte das "terras raras pesadas", cujas abundâncias diminuem gradualmente com o aumento do número atômico, exceto pela anomalia do gadolínio (Z=64), que apresenta estabilidade particular.
A razão disprósio/europio (Dy/Eu) nas estrelas é usada como indicador do equilíbrio entre os processos s e r na história da Galáxia. Como o europio é produzido quase exclusivamente pelo processo r, uma razão Dy/Eu elevada em uma estrela indica uma contribuição significativa do processo s. Estrelas jovens e ricas em metais geralmente têm razões Dy/Eu mais altas do que estrelas antigas e pobres em metais, refletindo a acumulação progressiva dos produtos do processo s durante a evolução galáctica.
O disprósio foi detectado nos espectros de muitas estrelas, incluindo estrelas pobres em metais do halo galáctico. Suas linhas espectrais (principalmente Dy II) são relativamente acessíveis em espectroscopia astronômica. Em meteoritos condríticos, o disprósio apresenta uma abundância semelhante à do Sol, confirmando sua origem estelar. O estudo isotópico do disprósio em inclusões refratárias de meteoritos primitivos forneceu informações cruciais sobre as condições de formação do sistema solar e a possível presença de material estelar anômalo (anomalias isotópicas).
O disprósio recebe seu nome do grego antigo δυσπρόσιτος (dysprositos), que significa "difícil de alcançar" ou "de difícil acesso". Esse nome foi escolhido por seu descobridor para refletir as dificuldades que ele encontrou para isolar esse elemento das outras terras raras. Ao contrário de outros lantanídeos nomeados em homenagem a lugares ou pessoas, o nome do disprósio descreve diretamente a complexidade de sua separação química.
O disprósio foi descoberto em 1886 pelo químico francês Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912), famoso por também ter descoberto o gálio (1875) e o samário (1879). Lecoq de Boisbaudran trabalhava com amostras de hólmia (óxido de hólmio) e, após mais de 30 tentativas de cristalizações fracionadas, conseguiu separar um novo óxido que identificou como pertencente a um elemento desconhecido. Ele observou linhas espectrais distintas e nomeou o novo elemento "disprósio" devido às dificuldades extremas de sua purificação.
O isolamento do disprósio em forma pura foi um grande desafio técnico por décadas após sua descoberta. Somente no início do século XX, com o desenvolvimento de técnicas de troca iônica e extração por solvente, o disprósio foi obtido com pureza suficiente para uma caracterização completa. O metal em si foi produzido pela primeira vez em 1906 pela redução do fluoreto de disprósio com cálcio metálico, mas foi somente na década de 1950 que processos industriais confiáveis foram desenvolvidos.
O disprósio está presente na crosta terrestre em uma concentração média de cerca de 5,2 ppm (partes por milhão), tornando-o mais abundante que o térbio, mas menos que o gadolínio. Entre as terras raras pesadas, é relativamente mais abundante.
Os principais minérios contendo disprósio são a bastnasita ((Ce,La,Nd,Dy)CO₃F) e a monazita ((Ce,La,Nd,Dy,Th)PO₄), onde representa tipicamente 0,5 a 1% do teor total de terras raras, e a xenotima (YPO₄), onde pode estar mais concentrado.
A produção mundial de óxido de disprósio (Dy₂O₃) é de cerca de 100 a 200 toneladas por ano, o que é significativo, mas permanece baixo em comparação com as terras raras leves, como o cério ou o neodímio. Devido à sua importância estratégica para ímãs permanentes, o disprósio é uma das terras raras mais caras, com preços típicos de 300 a 600 dólares por quilograma de óxido (com picos acima de 2000 $/kg durante tensões de fornecimento). A China domina a produção com cerca de 85-90% do total mundial.
O disprósio metálico é produzido principalmente por redução metalotérmica do fluoreto de disprósio (DyF₃) com cálcio metálico em atmosfera inerte de argônio. A produção anual mundial de disprósio metálico é de cerca de 50 a 100 toneladas. A reciclagem do disprósio a partir de ímãs permanentes usados tornou-se uma prioridade estratégica e é objeto de desenvolvimentos intensivos, com os primeiros processos industriais agora operacionais.
O disprósio (símbolo Dy, número atômico 66) é o décimo elemento da série dos lantanídeos, pertencente às terras raras do bloco f da classificação periódica. Seu átomo possui 66 prótons, 98 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{164}\mathrm{Dy}\)) e 66 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁰ 6s². Essa configuração confere ao disprósio propriedades magnéticas excepcionais.
O disprósio é um metal prateado, brilhante e relativamente estável ao ar. Apresenta uma estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) à temperatura ambiente. O disprósio possui propriedades magnéticas excepcionais: é fortemente paramagnético e apresenta várias transições magnéticas. Torna-se antiferromagnético abaixo de 178 K (-95 °C), depois ferromagnético abaixo de 85 K (-188 °C). Embora essas temperaturas sejam muito baixas, o disprósio é crucial em ligas como o Terfenol-D (com térbio e ferro), que apresentam propriedades magnetostritivas gigantes à temperatura ambiente.
O disprósio funde a 1412 °C (1685 K) e ferve a 2567 °C (2840 K). Como a maioria dos lantanídeos, apresenta pontos de fusão e ebulição elevados. O disprósio apresenta uma transformação alotrópica a 1381 °C, onde sua estrutura cristalina muda de hexagonal compacta (HC) para cúbica de corpo centrado (CC). Sua condutividade elétrica é medíocre, cerca de 25 vezes inferior à do cobre. O disprósio também apresenta uma resistividade elétrica que varia fortemente com o campo magnético (magnetorresistência).
O disprósio é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, mas oxida lentamente para formar óxido Dy₂O₃. Oxida-se mais rapidamente quando aquecido e queima para formar o óxido: 4Dy + 3O₂ → 2Dy₂O₃. O disprósio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de disprósio(III) Dy(OH)₃ e liberar hidrogênio. Dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos. O metal deve ser armazenado sob óleo mineral ou em atmosfera inerte.
Ponto de fusão do disprósio: 1685 K (1412 °C).
Ponto de ebulição do disprósio: 2840 K (2567 °C).
Temperatura de Néel (transição antiferromagnética): 178 K (-95 °C).
Temperatura de Curie (transição ferromagnética): 85 K (-188 °C).
Estrutura cristalina à temperatura ambiente: Hexagonal compacta (HC).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Disprósio-156 — \(\,^{156}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 90 | 155,924283 u | ≈ 0,06 % | Estável | Isótopo estável mais leve, muito raro na natureza. |
| Disprósio-158 — \(\,^{158}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 92 | 157,924409 u | ≈ 0,10 % | Estável | Isótopo estável muito pouco abundante. |
| Disprósio-160 — \(\,^{160}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 94 | 159,925197 u | ≈ 2,34 % | Estável | Isótopo estável significativo entre os isótopos naturais. |
| Disprósio-161 — \(\,^{161}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 95 | 160,926933 u | ≈ 18,91 % | Estável | Isótopo estável importante, um dos mais abundantes. |
| Disprósio-162 — \(\,^{162}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 96 | 161,926798 u | ≈ 25,51 % | Estável | Isótopo estável, entre os mais abundantes na mistura natural. |
| Disprósio-163 — \(\,^{163}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 97 | 162,928731 u | ≈ 24,90 % | Estável | Isótopo estável maior, com abundância similar ao 162Dy. |
| Disprósio-164 — \(\,^{164}\mathrm{Dy}\,\) | 66 | 98 | 163,929175 u | ≈ 28,18 % | Estável | Isótopo estável mais abundante na natureza (~28%). |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O disprósio possui 66 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁰ 6s² apresenta dez elétrons na subcamada 4f. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(28) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁰ 5s² 5p⁶ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos em 2s² 2p⁶. Essa camada está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos em 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Essa camada completa contribui para o blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos em 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Essa camada forma uma estrutura estável.
Camada O (n=5): contém 28 elétrons distribuídos em 5s² 5p⁶ 4f¹⁰ 5d⁰. Os dez elétrons 4f conferem ao disprósio suas propriedades magnéticas excepcionais.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Esses elétrons são os elétrons de valência externos do disprósio.
O disprósio possui efetivamente 12 elétrons de valência: dez elétrons 4f¹⁰ e dois elétrons 6s². O disprósio apresenta exclusivamente o estado de oxidação +3 em seus compostos estáveis. Nesse estado, o disprósio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Dy³⁺ com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁹. Esse íon possui nove elétrons na subcamada 4f e apresenta um forte momento magnético (10,6 μB) devido aos seus elétrons não pareados.
Ao contrário de alguns lantanídeos como o európio ou o itérbio, o disprósio não forma estados de oxidação +2 ou +4 estáveis em condições normais. Alguns compostos de disprósio(II) e (IV) foram sintetizados em condições extremas, mas são muito instáveis e de interesse apenas em laboratório. O estado +3 é, portanto, o único significativo quimica e tecnologicamente.
A química do disprósio é dominada pelo estado +3. O íon Dy³⁺ tem um raio iônico de 105,2 pm (para um número de coordenação 8) e forma complexos geralmente de cor amarelo-pálido em solução aquosa. Suas propriedades magnéticas são exploradas em materiais magnetocalóricos e vidros de memória magnética. Os sais de disprósio são paramagnéticos e apresentam luminescência fraca em comparação com outros lantanídeos, como o európio ou o térbio.
O disprósio metálico é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, formando uma fina camada protetora de Dy₂O₃. Em alta temperatura (acima de 200 °C), oxida-se rapidamente e queima para formar o óxido: 4Dy + 3O₂ → 2Dy₂O₃. O óxido de disprósio(III) é um sólido branco a amarelo-pálido com uma estrutura cúbica do tipo C-terra rara (sesquióxido tipo C). Em pó fino, o disprósio é pirofórico e pode inflamar espontaneamente no ar.
O disprósio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de disprósio(III) Dy(OH)₃ e liberar gás hidrogênio: 2Dy + 6H₂O → 2Dy(OH)₃ + 3H₂↑. O hidróxido precipita como um sólido branco gelatinoso pouco solúvel. Como com outros lantanídeos, a reação não é violenta, mas é observável ao longo do tempo.
O disprósio reage com todos os halogênios para formar os tri-haletos correspondentes: 2Dy + 3F₂ → 2DyF₃ (fluoreto branco); 2Dy + 3Cl₂ → 2DyCl₃ (cloreto amarelo-pálido). O disprósio dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos (ácido clorídrico, sulfúrico, nítrico) com liberação de hidrogênio e formação dos sais correspondentes de Dy³⁺: 2Dy + 6HCl → 2DyCl₃ + 3H₂↑.
O disprósio reage com hidrogênio em temperatura moderada (300-400 °C) para formar o hidreto DyH₂, depois DyH₃ em temperatura mais alta. Com enxofre, forma o sulfeto Dy₂S₃. Reage com nitrogênio em alta temperatura (>1000 °C) para formar o nitreto DyN, e com carbono para formar o carbeto DyC₂. O disprósio também forma muitos complexos de coordenação com ligantes orgânicos, embora essa química seja menos desenvolvida do que para alguns outros lantanídeos.
A propriedade mais notável do disprósio é seu forte momento magnético. O íon Dy³⁺ possui o maior momento magnético teórico de todos os íons de terras raras (10,6 μB, magnetons de Bohr) devido aos seus nove elétrons não pareados na subcamada 4f. Embora o disprósio metálico seja ferromagnético apenas em temperaturas muito baixas, esse íon magnético potente é crucial quando incorporado em materiais como os ímãs Nd-Fe-B ou as ligas Terfenol-D. O disprósio melhora significativamente a coercividade (resistência à desmagnetização) e a estabilidade térmica desses materiais.
A aplicação mais importante e estratégica do disprósio é seu uso como aditivo em ímãs permanentes à base de neodímio-ferro-boro (Nd-Fe-B). Esses ímãs, os mais potentes disponíveis comercialmente, perdem suas propriedades magnéticas (especialmente sua coercividade) em altas temperaturas (acima de 100-150 °C). A adição de alguns por cento de disprósio (tipicamente 2-10% em peso, substituindo parcialmente o neodímio) aumenta consideravelmente a temperatura máxima de operação, permitindo seu uso em aplicações críticas, como motores de veículos elétricos e geradores de turbinas eólicas.
O disprósio atua substituindo o neodímio na estrutura cristalina tetragonal do tipo Nd₂Fe₁₄B. O íon Dy³⁺ possui uma anisotropia magnética maior do que o íon Nd³⁺, o que aumenta a energia necessária para inverter a magnetização do material (coercividade). Essa melhoria é particularmente importante em altas temperaturas, onde a agitação térmica tende a desalinhar os momentos magnéticos. O disprósio concentra-se preferencialmente nas fronteiras de grão, onde inibe a propagação das paredes de domínios magnéticos, reforçando assim a resistência à desmagnetização.
Os ímãs Nd-Fe-B dopados com disprósio são indispensáveis para:
A crescente demanda por disprósio, aliada à sua produção limitada e geograficamente concentrada (China), torna-o uma matéria-prima crítica. Pesquisas intensivas visam reduzir o teor de disprósio nos ímãs (por exemplo, por otimização microestrutural, como ímãs de grãos finos), desenvolver processos de reciclagem eficientes e encontrar substitutos parciais (como o térbio, também raro e caro) ou alternativas tecnológicas (ímãs sem terras raras, como as ferritas, ou novos conceitos de motores elétricos). No entanto, a curto e médio prazo, o disprósio permanece insubstituível para aplicações de alta temperatura.
O Terfenol-D é uma liga à base de térbio, disprósio e ferro com composição aproximada de Tb0,3Dy0,7Fe₂. O disprósio, em combinação com o térbio, permite ajustar as propriedades magnéticas para obter uma magnetostrição gigante (mudança de dimensão sob campo magnético) à temperatura ambiente, minimizando a anisotropia magnética. O disprósio também ajuda a reduzir o custo do material em comparação com uma liga baseada apenas em térbio.
As aplicações incluem atuadores de precisão (sistemas de posicionamento, injetores), sensores (sensores de força, hidrofones), transdutores ultrassônicos (imagem médica, limpeza industrial) e sistemas de controle de vibração. Embora o mercado do Terfenol-D seja menor do que o dos ímãs Nd-Fe-B, representa uma aplicação de muito alto valor agregado, onde as propriedades únicas da liga justificam seu alto custo.
O disprósio possui uma seção de choque de absorção de nêutrons térmicos relativamente alta (cerca de 940 barns para a mistura isotópica natural). Alguns de seus isótopos, em particular o disprósio-164 (2700 barns) e o disprósio-161 (600 barns), têm seções de choque ainda maiores. Essa propriedade permite o uso do disprósio (na forma de óxido Dy₂O₃ ou metal) em barras de controle de reatores nucleares e em blindagens de proteção contra nêutrons.
Assim como o gadolínio, o disprósio pode ser usado como "veneno consumível" no combustível nuclear para compensar o excesso de reatividade no início do ciclo. Ao absorver nêutrons, controla a reação em cadeia e é gradualmente transmutado em outros elementos. No entanto, seu uso é menos comum do que o do gadolínio devido ao seu custo mais elevado.
O disprósio e seus compostos apresentam toxicidade química baixa a moderada, comparável a outros lantanídeos. Os sais solúveis podem causar irritações. Não foram demonstrados efeitos tóxicos agudos graves nem carcinogênicos. A DL50 (dose letal mediana) do cloreto de disprósio em ratos é de cerca de 300-500 mg/kg por via intravenosa. Como outros lantanídeos, o disprósio não tem papel biológico conhecido.
Em caso de exposição, o disprósio acumula-se principalmente no fígado e nos ossos, com eliminação muito lenta (período biológico de vários anos para a fração óssea). A exposição da população em geral é extremamente baixa, limitada aos trabalhadores das indústrias envolvidas.
Os principais impactos ambientais estão relacionados à mineração de terras raras em geral: produção de resíduos, águas ácidas, resíduos radioativos (tório, urânio na monazita). A extração de um quilograma de disprósio requer o processamento de várias toneladas de minério.
A reciclagem do disprósio a partir de ímãs permanentes usados é uma prioridade estratégica por várias razões:
As técnicas de reciclagem incluem hidrometalurgia (dissolução ácida seguida de extração por solvente) e pirometalurgia (fusão a vácuo). O maior desafio é a coleta e triagem de produtos no final de sua vida útil que contêm ímãs. Projetos-piloto e as primeiras plantas de reciclagem em escala industrial foram implementadas, especialmente no Japão e na Europa. A taxa de reciclagem atual ainda é baixa (menos de 1%), mas deve aumentar rapidamente com regulamentações e incentivos econômicos.
A exposição ocupacional ocorre em minas, usinas de separação, fabricantes de ímãs e locais de reciclagem. Os pós de compostos de disprósio devem ser controlados por ventilação e equipamentos de proteção. Nenhuma doença ocupacional específica está associada ao disprósio, mas as precauções gerais para pós metálicos se aplicam.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
