El neodimi és un element químic amb el símbol Nd i el nombre atòmic 60. És un metall suau i platejat que s'entenia a l'aire. Va ser descobert l'any 1885 pel químic austríac Carl Auer von Welsbach. La substància està present en quantitats importants als dipòsits de sorra de monazita i a la bastnäsite mineral.
Història
El neodimi de metalls de terres rares va ser descobert pel químic austríac baró Karl Auer von Welsbach a Viena l'any 1885. El científic va aïllar una nova substància (així com l'element praseodimi) d'un material conegut com a didimi mitjançant la cristal·lització fraccionada de doble nitrat d'amoni tetrahidrat de l'àcid nítric, després de la separació mitjançant anàlisi espectroscòpica. Tanmateix, fins al 1925 no va ser possible obtenir l'element en la seva forma més pura.
Fins a finals de la dècada de 1940, el principal mètode comercial per produir metall era la doble cristal·lització de nitrats. El mètode és ineficaç i la quantitat de substància obtinguda era petita. Lindsay Chemical Division va ser la primera a iniciar la producció a gran escala de neodimimètode de purificació per intercanvi iònic. Des de la dècada de 1950, l'element altament purificat (per sobre del 99%) s'ha produït principalment mitjançant un procés d'intercanvi iònic a partir de monazita rica en terres rares mitjançant l'electròlisi de les seves sals d'halogenur.
Actualment, la majoria del neodimi metàl·lic s'extreu de bastnäsite. Els avenços tecnològics i el desenvolupament de mètodes de neteja millorats l'han fet molt utilitzat a la indústria.
Descripció
L'element químic no es presenta de forma natural en forma metàl·lica, està separat de la substància didimi, en la qual es barreja amb altres lantànids (en particular, amb praseodimi). Tot i que el neodimi es classifica com un metall de terres rares, és un element força comú, que apareix almenys amb tanta freqüència com el cob alt, el níquel o el coure, i està àmpliament distribuït a l'escorça terrestre. La major part de la substància prové de la Xina.
Els compostos de neodimi es van utilitzar per primera vegada comercialment com a colorants de vidre l'any 1927 i segueixen sent un additiu popular a les lents d'ulleres. El color dels compostos de neodimi a causa de la presència d'ions Nd3+ sovint té un to vermellós-porpra, però varia segons el tipus d'il·luminació.
Aplicació
Les lents dopades amb ndodimi s'utilitzen en làsers que emeten radiació infraroja amb longituds d'ona entre 1047 i 1062 nanòmetres. S'utilitzen en sistemes amb una potència extremadament alta, per exemple, en experiments sobre inercialcontenció.
Nd:metall també s'utilitza amb altres cristalls (com ara el granat d'itri d'alumini) en làsers Nd:YAG. Aquesta configuració normalment emet raigs infrarojos amb una longitud d'ona d'uns 1064 nm. És un dels làsers d'estat sòlid més utilitzats.
Un altre ús important del metall de neodimi és com a component de reforç en aliatges utilitzats per fabricar imants permanents potents i d' alta resistència. S'utilitzen àmpliament en productes com ara micròfons, altaveus professionals, auriculars intraorella, motors de corrent continu d' alt rendiment, discs durs d'ordinadors, on es requereix una massa magnètica baixa (volum) o camps magnètics forts.
Els imants grans de neodimi s'utilitzen en motors elèctrics de gran potència i pes (per exemple, cotxes híbrids) i generadors (per exemple, aeronaus i generadors elèctrics de parcs eòlics). A més, l'element s'utilitza per endurir alguns aliatges. Per exemple, el titani es torna una vegada i mitja més fort després d'afegir només l'1,5% d'aquesta substància.
Propietats físiques
El neodimi metàl·lic està present en el mischmetal clàssic (un aliatge d'elements de terres rares), on la seva concentració sol ser de l'ordre del 18%. En la seva forma pura, l'element té una brillantor metàl·lica daurada-plata brillant, però s'oxida ràpidament a l'aire normal. Es forma una capa d'òxid i s'escapa, exposant el metall a una major oxidació. Així,La mostra de centímetre de la substància s'oxida completament en un any.
El neodimi sol existir en dues formes al·lotròpiques, amb una transformació de centre a centre a partir d'una estructura cúbica doble hexagonal. Comença a fondre a 1024 °C i bullir a 3074 °C. La densitat de la matèria en fase sòlida és de 7,01 g/cm3, en estat líquid és de 6,89 g/cm3.
Propietats atòmiques:
- Estat d'oxidació: +4, +3, +2 (òxid bàsic).
- Electronegativitat: 1, 14 (escala de votació).
- Conductivitat tèrmica: 16,5 W/(m K).
- Energia d'ionització: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radi d'un àtom: 181 picòmetres.
Propietats químiques
El neodimi metàl·lic s'embruta lentament a l'aire i es crema fàcilment a uns 150 °C per formar òxid de neodimi (III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Aquest és un element electropositiu. Reacciona lentament amb aigua freda, però més aviat ràpidament amb aigua calenta, formant hidròxid de neodimi (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
El metall reacciona vigorosament amb tots els halògens, es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen l'ió Nd(III) violeta.
Producció
El metall de neodimi mai apareix com un element lliure a la natura. S'extreu de minerals com arabastnäsite i monazita, en què s'associa amb altres lantànids i altres elements. Les principals zones mineres d'aquests minerals es troben a la Xina, els EUA, el Brasil, l'Índia, Sri Lanka i Austràlia. També s'han explorat petits jaciments a Rússia.
Les reserves de neodimi es calculen en uns 8 milions de tones. La seva concentració a l'escorça terrestre és d'uns 38 mg/kg, que és la segona més alta entre els elements de terres rares després del ceri. La producció mundial de metalls és d'unes 7000 tones. La part principal de la producció pertany a la Xina. El govern de la RPC va reconèixer recentment l'element com a estratègicament important i va imposar restriccions a la seva exportació, causant certa preocupació als països consumidors i provocant un fort augment del preu del neodimi fins als 500 dòlars. Avui, el preu mitjà per quilogram de metall pur varia entre 300 i 350 dòlars, els òxids de neodimi són més barats: 70-130 dòlars.
Hi ha casos en què el valor del metall va caure a 40 dòlars a causa del comerç il·legal, sense superar les restriccions del govern xinès. Les incerteses sobre els preus i la disponibilitat han fet que les empreses japoneses desenvolupin imants permanents i motors elèctrics relacionats amb menys o cap element de terres rares.
