Neodimi

El neodimi és l'element químic de símbol Nd i nombre atòmic 60. Pertany a la sèrie dels lantanoides. A la temperatura ambient, es troba en estat sòlid. Fou descobert el 1885 pel químic austríac Carl Auer von Welsbach. S'empra en la fabricació d'imants.

Neodimi
60Nd
praseodimi ← neodimi → prometi - ↑ Nd ↓ U Taula periòdica
Aspecte
Blanc platejat Línies espectrals del neodimi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Neodimi, Nd, 60
Categoria d'elements	Lantànids
Grup, període, bloc	n/d, 6, f
Pes atòmic estàndard	144,242
Configuració electrònica	[Xe] 4f4 6s2 2, 8, 18, 22, 8, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	7,01 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	6,89 g·cm−3
Punt de fusió	1.297 K, 1.024 °C
Punt d'ebullició	3.347 K, 3.074 °C
Entalpia de fusió	7,14 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	289 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	27,45 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1.595 1.774 1.998 (2.296) (2.715) (3.336)
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	3, 2, 1 (òxid bàsic feble)
Electronegativitat	1,14 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 533,1 kJ·mol−1
	2a: 1.040 kJ·mol−1
	3a: 2.130 kJ·mol−1
Radi atòmic	181 pm
Radi covalent	201±6 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic, antiferromagnètic per sota de 20 K
Resistivitat elèctrica	(t. a.) (α, poli) 643 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	16,5 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(t. a.) (α, poli) 9,6 µm/(m·K)
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 2.330 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	(forma α) 41,4 GPa
Mòdul de cisallament	(forma α) 16,3 GPa
Mòdul de compressibilitat	(forma α) 31,8 GPa
Coeficient de Poisson	(forma α) 0,281
Duresa de Vickers	343 MPa
Duresa de Brinell	265 MPa
Nombre CAS	7440-00-8
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del neodimi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 142Nd 27,2% 142Nd és estable amb 82 neutrons 143Nd 12,2% 143Nd és estable amb 83 neutrons 144Nd 23,8% 2,29×1015 a α 1,905 140Ce 145Nd 8,3% 145Nd és estable amb 85 neutrons 146Nd 17,2% 146Nd és estable amb 86 neutrons 148Nd 5,7% 148Nd és estable amb 88 neutrons 150Nd 5,6% 6,7×1018 a β−β− 3,367 150Sm

Història

Carl Auer von Welsbach.

Entre les moltes afirmacions per al descobriment de nous elements n'hi havia una l'any 1839 del químic suec Carl Gustav Mosander (1797–1858) sobre un suposat element que havia anomenat en llatí didymium (en català didimi), a partir del mot grec δίδυμος dídymos 'bessó', fent referència a la seva estreta relació amb el lantani; i del llatí científic –íum.

El químic alemany Robert Bunsen (1811–1899), que, a la dècada de 1870, era la principal autoritat mundial en l'espectroscòpia de les terres rares, posà aquest element com un problema per a un dels seus estudiants, Carl Auer von Welsbach (1858–1929). Aquest reealitzà centenars de cristal·litzacions fraccionades necessàries per aconseguir-lo pur. El 1885 estava clar que el didimi de Mosander no era un sinó dos elements. Un tenia compostos de color lila blavós que anomenà en llatí neodymium, ‘neodimi’, de neo- ‘neo–’ “nou” i de didymium 'didimi'; per tant, amb el significat ‘el nou bessó’. L'altre, amb compostos més verdosos, l'anomenà praseodymium, ‘praseodimi’, del grec πράσιος prásios ‘verd pàl·lid’, i també de. didymium ‘didimi’, en conseqüència ‘el bessó verd’. No obstant això, el neodimi no fou aïllat fins al 1925.

Abundància i obtenció

Wakefieldita-(Nd).

El neodimi mai es troba en la naturalesa com a element lliure, però forma part de cent vint-i-vuit minerals, a alguns d'ells en proporcions importants. A les roques ígnies de l'escorça de la Terra, és més de dues vegades més abundant que el plom i la meitat que el coure. Els minerals que en contenen més d'un 30 % en massa són: hidroxilbastnäsita-(Nd) 65,19 %, wakefieldita-(Nd) 55,65 %, churchita-(Nd) 52,40 %, sinquisita-(Nd) 44,61 %, calcioancylita-(Nd) 42,50 %, lantanita-(Nd) 35,47 %, tundrita-(Nd) 34,89 %, rabdofana-(Nd) 33,91 % i kozoïta-(Nd) 31,63 %. També se'l troba en minerals com la sorra de monazita i en els del grup de la bastnäsita, que presenten en la seva composició petites quantitats de tots els lantanoides.

Arena de monazita.

El neodimi actualment és obtingut per un procés de intercanvi iònic de l'arena de monazita, un material ric en terres rares, i per electròlisi dels seus halurs. Els principals productors són la Xina, seguida de lluny pels Estats Units, Myanmar i Austràlia.

Propietats

Propietats físiques

El neodimi és un metall de densitat 7,008 g/cm³ a 25 °C, un punt de fusió de 1.016 °C i un punt d'ebullició de 3.074 °C. Posseeix una lluentor metàl·lica-argentada i brillant. Enfosqueix ràpidament en contacte amb l'aire formant un òxid. La forma cristal·lina estable a temperatura ambient és la fase α, un empaquetatge hexagonal. A alta temperatura, superior a 883 °C, hom troba la fase β d'estructura cristal·lina cúbica centrada en el cos.

Propietats químiques

Òxid de neodimi(III) ${\ce {Nd2O3}}$

El neodimi s'oxida lentament exposat a l'aire i es crema fàcilment per formar òxid de neodimi(III), blau, l'únic òxid de neodimi conegut:

$${\ce {4 Nd + 3 O2 -> 2 Nd2O3}}$$

És força electropositiu i actua com a divalent i, majoritàriament, com a trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formar hidròxid de neodimi(III):

$${\ce {2 Nd(s) + 6 H2O(l) -> 2 Nd(OH)3(aq) + 3 H2(g)}}$$

Reacciona amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs de neodimi(3+):

$${\ce {2 Nd (s) + 3 F2 (g) -> 2 NdF3 (s) [violat]}}$$

$${\ce {2 Nd (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 NdCl3 (s) [violat]}}$$

$${\ce {2 Nd (s) + 3 Br2 (g) -> 2 NdBr3 (s) [violat]}}$$

$${\ce {2 Nd (s) + 3 I2 (g) -> 2 NdI3 (s) [verd]}}$$

Nitrat de neodimi(III)—aigua(1/6)${\ce {Nd(NO3)3*6H2O}}$

Es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen els ions neodimi(3+), que existeixen com a complexos ${\ce {[Nd(OH2)9]^3+}}$.

Altres composts de neodimi(3+) són: el nitrat de neodimi(III) ${\ce {Nd(NO3)3}}$, el nitrat de neodimi(III)—aigua(1/6) ${\ce {Nd(NO3)3*6H2O}}$, el bromat de neodimi(III)—aigua(1/9) ${\ce {Nd(BrO3)3*9H2O}}$, el sulfur de neodimi(III) ${\ce {Nd2S3}}$, el tel·lurur de neodimi(III) ${\ce {Nd2Te3}}$, l'hexaborur de neodimi ${\ce {NdB6}}$, o el silicur de neodimi ${\ce {NdSi2}}$.

La majoria de composts del neodimi són compostos de neodimi(3+), però també n'hi ha uns pocs de neodimi(2+) com l'acetat de neodimi(II) ${\ce {Nd(C2H3O2)2}}$ i el clorur de neodimi(II) ${\ce {NdCl2}}$.

Isòtops

Article principal: Isòtops del neodimi

El neodimi natural està compost per 5 isòtops estables: ¹⁴²Nd, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd i ¹⁴⁸Nd, sent el més abundant (amb un 27,2 %) el ¹⁴²Nd, i dos radioisòtops, ¹⁴⁴Nd i ¹⁵⁰Nd. S'han caracteritzat en total trenta-un radioisòtops del neodimi, sent el més estable el ¹⁵⁰Nd amb un període de semidesintegració (T_½ ) de més de 1,1 × 10¹⁹ anys, el ¹⁴⁴Nd amb un 2,29 × 10¹⁵ anys, i el ¹⁴⁷Nd amb un de 10,98 dies. Els altres isòtops radioactius tenen períodes de semidesintegració per sota dels 3,38 dies, i la majoria són inferiors als 71 segons. Aquest element també presenta 4 estats metaestables, sent els més estables: el ¹³⁹Nd^m (T_½ = 5,5 hores), el ¹³⁵Nd^m (T_½ = 5,5 minuts) i el ¹⁴¹Nd^m (T_½ = 62 segons).

Aplicacions

Bolles d'imants de neodimi que juntes formen un cilindre.

Indústria de l'automòbil, elèctrica i electrònica

Aerogenerador.

Els imants de neodimi, de composició ${\ce {Nd2Fe14B}}$, són els imants permanents més potents i de menys volum que existeixen des del 1984. Tot i que són més fràgils, també resulten més barats, més lleugers i més potents que els imants de samari-cobalt. S'utilitzen en els motors elèctrics dels vehicles híbrids i en els aerogeneradors, on permeten obtenir un millor rendiment de generació d'energia a partir del vent. També es fan servir en equips d'aire condicionat, en ascensors, en discos durs d'ordinador, en aparells electrònics de poc volum però amb imants de fort magnetisme, com ara auriculars petits, altaveus, micròfons, i també en vehicles i avions militars.

Els imants de neodimi són aliatges de neodimi-ferro-bor i altres elements en proporcions inferiors. Essent les proporcions: neodimi 29–32 %, ferro 64,2–68,5 %, bor 1,0–1,2 %, alumini 0,2–0,4 %, niobi 0,5–1,0 % i disprosi 0,8–1,2 %. Es classifiquen segons les proporcions d'aquests elements (N35, N38, N42, N38SH…). Com a regla general, com més alt és el grau (el nombre que segueix la ena, inicial de neodimi), més fort és l'imant. El grau més alt d'aquest imant, actualment, és el N52. Les lletres que segueixen aquest grau, pertanyen al grau de temperatura de l'imant que indica la temperatura màxima a la qual poden estar sotmesos. Si no segueix cap lletra, vol dir que la temperatura de l'imant és l'estàndard. Els graus de temperatura poden ser: M (212 °C), H (248 °C), SH (302 °C), UH (356 °C), EH (392 °C) i AH (428 °C).

Indústria metal·lúrgica

El granat sintètic format per itri i alumini (YAG), dopat amb neodimi, és el component bàsic dels potents làsers Nd:YAG usats per a soldar i per a tallar materials.

Medicina

Laser Nd:YAG.

El neodimi, el bor i el ferro són els components dels grans imants permanents que formen part dels equips de ressonància magnètica oberta. Els làser de NdYVO₄-YAG (neodimi-itri-vanadat/itri-alumini-granat) són de gran utilitat en oftalmologia, dermatologia i otorrinolaringologia.

Existeix, des d'anys, al mercat lliure per correspondència, internet i altres presentacions semipúbliques, mantes, matalassos i altres artefactes que publiciten que el neodimi emprat en aquests productes, arran del seu potent efecte magnètic, tenen propietats miraculoses davant una infinitat de malalties. La magnetoteràpia en general, i la basada en el neodimi en particular, no té la mínima base científica i, en cap cas excepte molt comptades patologies tòpiques, hauria de ser utilitzada sense consulta i prescripció facultativa. Fins i tot, en molts casos seria totalment contraproduent.

Altres camps

El ferroceri, un material de ferro, ceri, lantani, neodimi, praseodimi i magnesi, s'usa per a fabricar pedres d'encenedor. El neodimi intervé com a catalitzador en el procés de vulcanització del cautxú per als pneumàtics de cotxes de fórmula 1; la seva intervenció fa que el pneumàtic s'agafi a l'asfalt i duri més.

Probablement, a causa de la semblança amb el Ca²⁺, el Nd³⁺ fou divulgat com a element per promoure el creixement vegetal. Els compostos d'elements de les terres rares s'empren amb freqüència a la Xina com fertilitzants.

Precaucions

L'ampli ús del neodimi a la indústria, l'agricultura i la medicina l'ha convertit en un contaminant emergent en el medi ambient. L'augment de la contaminació per neodimi comporta perills potencials per a plantes, animals i microorganismes. Mitjançant el cribratge a escala del genoma, s'han identificat setanta mutacions de supressió del monogen de llevat sensibles als ions de neodimi. Aquests gens estan implicats principalment en el metabolisme, la transcripció genètica, la síntesi de proteica, el cicle cel·lular, el processament de l'ADN, el plegament de proteic, la modificació i els processos de transport cel·lular.

Bibliografia

• Los Alamos National Laboratory - Neodymium

Enllaços externs

• Los Alamos National Laboratory - Neodimi Arxivat 2008-12-19 a Wayback Machine. (anglès).
• webelements.com - Neodimi (anglès).
• environmentalchemistry.com - Neodimi (anglès).
• It's Elemental - Neodimi (anglès).

Viccionari