O érbio 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. Modelos de nucleossíntese estimam que cerca de 70-80% do érbio solar provém do processo s, e 20-30% do processo r. Como um lantânido com um número par de prótons (68), é mais abundante do que seus vizinhos ímpares (hólmio-67 e túlio-69) de acordo com a regra de Oddo-Harkins.
A abundância cósmica do érbio é de cerca de 2,5×10⁻¹² vezes a do hidrogênio em número de átomos, tornando-o cerca de 5 vezes mais abundante do que o hólmio e similar em abundância ao disprósio. Entre as terras raras pesadas, é relativamente mais abundante devido ao seu número atômico par e à estabilidade particular de alguns de seus isótopos. Essa abundância relativa facilitou seu uso tecnológico em grande escala.
O érbio é considerado um dos melhores traçadores do processo s entre as terras raras pesadas devido à sua forte preferência por esse processo de nucleossíntese. A razão érbio/europio (Er/Eu) é particularmente útil para estudar a história da contribuição das estrelas AGB para o enriquecimento químico da Galáxia. Estrelas enriquecidas em elementos do processo s mostram razões Er/Eu elevadas, enquanto estrelas pobres em metais dominadas pelo processo r apresentam razões mais baixas.
O érbio foi detectado em muitas estrelas graças às suas linhas espectrais relativamente acessíveis, em particular aquelas do íon Er II. Essas detecções permitiram mapear a abundância do érbio em diferentes populações estelares da Via Láctea, fornecendo restrições importantes aos modelos de nucleossíntese galáctica. O estudo do érbio em estrelas extremamente pobres em metais ajuda a entender a produção dos primeiros elementos pesados no Universo.
O érbio recebe seu nome da vila sueca de Ytterby, localizada na ilha de Resarö perto de Estocolmo, famosa por sua pedreira que forneceu minerais contendo várias terras raras. Ytterby deu seu nome a quatro elementos: ítrio (Y), térbio (Tb), érbio (Er) e itérbio (Yb). O nome "érbio" foi formado por analogia com os outros elementos descobertos nos minérios dessa localidade.
O érbio foi descoberto em 1843 pelo químico sueco Carl Gustaf Mosander (1797-1858), que trabalhava no Instituto Karolinska de Estocolmo. Mosander estudava um mineral de ítria (óxido de ítrio) proveniente de Ytterby. Após numerosas cristalizações fracionadas, ele conseguiu separar esse óxido em três compostos distintos que chamou de ítria (branca), érbia (rosa) e térbia (amarela). A "érbia" que ele isolou continha principalmente óxido de érbio, embora a purificação completa do elemento tenha levado várias décadas.
Assim como o térbio, houve confusão por vários anos em relação aos nomes "érbia" e "térbia". Alguns químicos inverteram as denominações, atribuindo o nome "érbia" ao que hoje chamamos de térbia (óxido de térbio) e vice-versa. Somente no final do século XIX a nomenclatura foi definitivamente estabelecida de acordo com a descoberta original de Mosander. O isolamento do metal érbio relativamente puro foi realizado pela primeira vez em 1905 pelos químicos franceses Georges Urbain e Charles James.
O érbio está presente na crosta terrestre em uma concentração média de cerca de 3,5 ppm (partes por milhão), tornando-o mais abundante do que o hólmio, mas menos do que o disprósio. Entre as terras raras pesadas, é relativamente abundante. Os principais minérios contendo érbio são a bastnasita ((Ce,La,Nd,Er)CO₃F) e a monazita ((Ce,La,Nd,Er,Th)PO₄), onde representa tipicamente 0,1 a 0,5% do teor total de terras raras, e a xenotima (YPO₄) onde pode ser mais concentrado (até 4-5%).
A produção mundial de óxido de érbio (Er₂O₃) é de cerca de 50 a 100 toneladas por ano, o que é significativo, mas permanece baixo em comparação com as terras raras leves. Devido à sua importância crítica para as telecomunicações, o érbio é uma terra rara estratégica, com preços típicos de 300 a 700 dólares por quilograma de óxido. A China domina amplamente a produção com mais de 85% do total mundial, seguida pelos Estados Unidos, Austrália e Malásia.
O érbio metálico é produzido principalmente por redução metalotérmica do fluoreto de érbio (ErF₃) com cálcio metálico em atmosfera inerte de argônio. A produção anual mundial de érbio metálico é de cerca de 10 a 20 toneladas. A reciclagem do érbio a partir de fibras ópticas e outros resíduos eletrônicos é tecnicamente possível, mas economicamente difícil devido às baixas concentrações, embora a pesquisa nessa área esteja ativa.
O érbio (símbolo Er, número atômico 68) é o décimo segundo elemento da série dos lantânidos, pertencente às terras raras do bloco f da tabela periódica. Seu átomo possui 68 prótons, 98 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{166}\mathrm{Er}\)) e 68 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹² 6s². Essa configuração confere ao érbio propriedades ópticas excepcionais.
O érbio é um metal prateado, maleável e relativamente macio. Apresenta uma estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) à temperatura ambiente. O érbio é paramagnético à temperatura ambiente e torna-se antiferromagnético abaixo de 85 K (-188 °C), apresentando então uma estrutura magnética helicoidal abaixo de 52 K (-221 °C). Em temperaturas muito baixas (inferiores a 20 K), torna-se ferromagnético. Essas propriedades magnéticas complexas são estudadas em física do estado sólido, mas são menos exploradas tecnologicamente do que suas propriedades ópticas.
O érbio funde a 1529 °C (1802 K) e ferve a 2868 °C (3141 K). Como a maioria dos lantânidos, apresenta pontos de fusão e ebulição elevados. O érbio sofre uma transformação alotrópica a 1495 °C, onde sua estrutura cristalina passa de hexagonal compacta (HC) para cúbica de corpo centrado (CC). Sua condutividade elétrica é medíocre, cerca de 25 vezes inferior à do cobre.
O érbio é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, mas oxida lentamente para formar um óxido Er₂O₃ de cor rosa. Oxida-se mais rapidamente quando aquecido e queima para formar o óxido: 4Er + 3O₂ → 2Er₂O₃. O érbio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de érbio(III) Er(OH)₃ e liberar hidrogênio. Dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos. O metal deve ser conservado sob óleo mineral ou em atmosfera inerte.
Ponto de fusão do érbio: 1802 K (1529 °C).
Ponto de ebulição do érbio: 3141 K (2868 °C).
Temperatura de Néel (transição antiferromagnética): 85 K (-188 °C).
Temperatura de transição para a ordem helicoidal: 52 K (-221 °C).
Estrutura cristalina à temperatura ambiente: Hexagonal compacta (HC).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Desintegração / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Érbio-162 — \(\,^{162}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 94 | 161,928778 u | ≈ 0,14 % | Estável | Isótopo estável mais leve, muito raro na natureza. |
| Érbio-164 — \(\,^{164}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 96 | 163,929200 u | ≈ 1,61 % | Estável | Isótopo estável presente em pequena quantidade. |
| Érbio-166 — \(\,^{166}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 98 | 165,930293 u | ≈ 33,61 % | Estável | Isótopo estável mais abundante na natureza (cerca de um terço do total). |
| Érbio-167 — \(\,^{167}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 99 | 166,932048 u | ≈ 22,93 % | Estável | Isótopo estável maior, segundo em abundância. |
| Érbio-168 — \(\,^{168}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 100 | 167,932370 u | ≈ 26,78 % | Estável | Isótopo estável importante, de abundância similar ao érbio-167. |
| Érbio-170 — \(\,^{170}\mathrm{Er}\,\) | 68 | 102 | 169,935464 u | ≈ 14,93 % | Estável | Isótopo estável mais pesado, representando cerca de 15% da mistura natural. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O érbio possui 68 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f¹² 6s² apresenta doze elétrons na subcamada 4f. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(30) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹² 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 30 elétrons distribuídos em 5s² 5p⁶ 4f¹² 5d⁰. Os doze elétrons 4f conferem ao érbio suas propriedades ópticas excepcionais.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Esses elétrons são os elétrons de valência externos do érbio.
O érbio possui efetivamente 14 elétrons de valência: doze elétrons 4f¹² e dois elétrons 6s². O érbio apresenta exclusivamente o estado de oxidação +3 em seus compostos estáveis. Nesse estado, o érbio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Er³⁺ com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹¹. Esse íon possui onze elétrons na subcamada 4f e apresenta transições eletrônicas que são a base de suas principais aplicações ópticas.
Diferentemente de alguns lantânidos como o európio ou o itérbio, o érbio não forma estados de oxidação +2 ou +4 estáveis em condições normais. Alguns compostos de érbio(II) foram sintetizados em condições extremas, mas são muito instáveis. O estado +3 é, portanto, o único significativo quimica e tecnologicamente.
A química do érbio é dominada pelo estado +3. O íon Er³⁺ possui um raio iônico de 103,0 pm (para uma coordenação 8) e forma complexos geralmente de cor rosa claro em solução aquosa, cor característica dos sais de érbio. Suas propriedades ópticas excepcionais, em particular suas transições no infravermelho próximo, são exploradas em fibras ópticas e lasers.
O érbio metálico é relativamente estável ao ar seco à temperatura ambiente, formando uma fina camada protetora de óxido de Er₂O₃. Em altas temperaturas (acima de 200 °C), oxida-se rapidamente e queima para formar o óxido: 4Er + 3O₂ → 2Er₂O₃. O óxido de érbio(III) é um sólido de cor rosa característico com uma estrutura cúbica do tipo C-terra rara (sesquióxido tipo C). Em pó fino, o érbio é pirofórico e pode inflamar-se espontaneamente no ar.
O érbio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de érbio(III) Er(OH)₃ e liberar gás hidrogênio: 2Er + 6H₂O → 2Er(OH)₃ + 3H₂↑. O hidróxido precipita como um sólido gelatinoso de cor rosa claro pouco solúvel. Assim como outros lantânidos, a reação não é violenta, mas é observável ao longo do tempo.
O érbio reage com todos os halogênios para formar os tri-haletos correspondentes: 2Er + 3F₂ → 2ErF₃ (fluoreto rosa); 2Er + 3Cl₂ → 2ErCl₃ (cloreto violeta). O érbio dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos (ácido clorídrico, sulfúrico, nítrico) com liberação de hidrogênio e formação dos sais correspondentes de Er³⁺: 2Er + 6HCl → 2ErCl₃ + 3H₂↑.
O érbio reage com hidrogênio em temperaturas moderadas (300-400 °C) para formar o hidreto ErH₂, depois ErH₃ em temperaturas mais altas. Com enxofre, forma o sulfeto Er₂S₃. Reage com nitrogênio em alta temperatura (>1000 °C) para formar o nitreto ErN, e com carbono para formar o carbeto ErC₂. O érbio também forma complexos de coordenação com ligantes orgânicos, embora essa química seja menos desenvolvida do que suas aplicações ópticas.
A propriedade mais importante do érbio é seu comportamento óptico excepcional. O íon Er³⁺ possui transições eletrônicas que permitem emitir luz no infravermelho próximo, em particular no comprimento de onda de 1,55 micrômetros (1550 nm). Esse comprimento de onda é crucial porque corresponde à janela de transmissão mínima das fibras ópticas de sílica, onde a atenuação é menor (cerca de 0,2 dB/km). Essa coincidência fortuita faz do érbio o elemento ideal para amplificar sinais ópticos nas redes de telecomunicações globais.
A invenção dos amplificadores de fibra óptica dopada com érbio (EDFA) na década de 1980 revolucionou as comunicações globais. Antes dos EDFA, os sinais ópticos nas fibras tinham que ser regenerados eletronicamente a cada 50-100 km (detecção, conversão em sinal elétrico, amplificação eletrônica, depois reconversão em sinal óptico). Os EDFA permitem amplificar diretamente o sinal óptico sem conversão eletrônica, reduzindo consideravelmente os custos, a complexidade e aumentando a capacidade das redes.
Em um EDFA, uma fibra óptica de sílica é dopada com íons Er³⁺ (tipicamente algumas centenas de partes por milhão). Essa fibra é "bombeada" opticamentepor diodos laser a 980 nm ou 1480 nm. Os íons Er³⁺ absorvem essa luz de bombeamento e são excitados para um nível de energia superior. Quando os sinais ópticos de comunicação a 1550 nm passam pela fibra, estimulam os íons excitados a emitir fótons adicionais no mesmo comprimento de onda, amplificando assim o sinal. Esse processo é uma emissão estimulada, o mesmo princípio de um laser.
- Comprimento de onda: Amplificação ótima em torno de 1550 nm, correspondente à janela de transmissão mínima das fibras.
- Largura de banda: Cerca de 30-40 nm, permitindo a amplificação simultânea de muitos canais (WDM: Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda).
- Ganho: Tipicamente 20-30 dB (fator de amplificação de 100 a 1000).
- Figura de ruído: Baixa (4-5 dB), essencial para transmissões de longa distância.
- Potência de saída: Até vários watts para amplificadores de potência.
- Comprimento da fibra dopada: Geralmente 10-30 metros.
Os EDFA permitiram o desenvolvimento de redes de fibra óptica submarinas transoceânicas, redes terrestres de longa distância, e multiplicaram a capacidade das redes graças à multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). Sem o érbio, a internet de alta velocidade global, a telefonia internacional por fibra e muitos serviços em nuvem modernos seriam impossíveis ou extremamente caros. Um amplificador EDFA típico contém alguns miligramas a alguns gramas de érbio.
O laser Er:YAG emite em um comprimento de onda de 2,94 µm, que é muito fortemente absorvido pela água (cerca de 10.000 vezes mais do que em 1,06 µm, o comprimento de onda do laser Nd:YAG). Essa propriedade o torna ideal para aplicações médicas e odontológicas onde é necessária uma ablação precisa de tecidos hidratados com mínimo dano térmico aos tecidos circundantes.
Os lasers Er:vidro emitem geralmente em torno de 1,54 µm ou 1,55 µm. São utilizados para:
Esses lasers utilizam uma fibra óptica dopada com érbio como meio amplificador. São compactos, eficientes e produzem uma excelente qualidade de feixe. Aplicações:
O érbio possui uma seção transversal de absorção de nêutrons térmicos moderada (cerca de 166 barns para o isótopo Er-167, o mais efetivo). Essa propriedade permite o uso do érbio em barras de controle de reatores nucleares, embora seu uso seja menos comum do que o de outros materiais como boro, cádmio ou gadolínio. O érbio é às vezes usado em combustíveis nucleares experimentais como veneno consumível para controlar a reatividade.
O óxido de érbio (Er₂O₃) é estudado como revestimento protetor para componentes de reatores nucleares devido à sua estabilidade sob irradiação e boa condutividade térmica. Esses revestimentos poderiam melhorar a segurança e a vida útil dos combustíveis nucleares.
Os íons Er³⁺ conferem uma cor rosa característica aos vidros e cerâmicas. Essa propriedade é explorada para:
Alguns materiais dopados com érbio (geralmente em combinação com itérbio) podem converter dois fótons infravermelhos de baixa energia em um fóton visível de maior energia (fenômeno de conversão ascendente). Aplicações:
Pesquisas estão em andamento para usar o érbio em células solares a fim de aumentar sua eficiência. A ideia é converter fótons de alta energia (UV, azul) em vários fótons de menor energia (na faixa de absorção ótima do silício) por meio de um processo de corte quântico.
O érbio e seus compostos apresentam baixa toxicidade química, comparável à de outros lantânidos. Sais solúveis podem causar irritações cutâneas, oculares e respiratórias. Nenhuma toxicidade aguda grave ou efeito cancerígeno foi demonstrado. A DL50 (dose letal mediana) dos sais de érbio em animais é similar à de outros lantânidos (tipicamente >500 mg/kg). O érbio não tem papel biológico conhecido.
Como outros lantânidos, o érbio acumula-se preferencialmente no fígado e nos ossos em caso de exposição, com eliminação muito lenta. A exposição da população geral é extremamente baixa, principalmente limitada aos trabalhadores das indústrias envolvidas.
Os impactos ambientais estão relacionados à mineração de terras raras em geral. A extração de um quilograma de érbio requer o processamento de várias toneladas de minério, gerando resíduos e impactos ambientais significativos. No entanto, a quantidade total de érbio usada no mundo é relativamente pequena (algumas dezenas de toneladas por ano) em comparação com outros metais.
A reciclagem do érbio a partir de fibras ópticas usadas é tecnicamente possível, mas economicamente difícil devido à baixa concentração de érbio nas fibras (tipicamente algumas centenas de ppm) e à dificuldade de separar o érbio da sílica. No entanto, com o aumento dos volumes de resíduos de fibras ópticas e os avanços nas técnicas de reciclagem, essa via poderia tornar-se mais interessante no futuro.
O érbio é classificado como uma matéria-prima crítica por vários países e regiões (Estados Unidos, União Europeia) devido à sua importância para infraestruturas críticas (telecomunicações) e à concentração geográfica de sua produção (China). Esforços estão em andamento para diversificar o abastecimento, melhorar a eficiência de uso (reduzir a quantidade de érbio necessária por EDFA) e desenvolver tecnologias alternativas.
A exposição profissional ocorre em fábricas de produção de terras raras, de fabricação de fibras ópticas, de cristais laser e em instalações de telecomunicações. Aplicam-se precauções padrão para poeiras metálicas. Em aplicações médicas (lasers), aplicam-se precauções padrão para lasers de classe 4.
O átomo em todas as suas formas: da intuição antiga à mecânica quântica 
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
