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

El neodimi fou descobert per Carl Auer von Welsbach, un químic austríac, a Viena en l'any 1885. Separà el neodimi, així com el praseodimi, d'un suposat element químic anomenat didimio per mitjà d'anàlisi espectroscòpic. No obstant això, aquest metall no fou aïllat fins al 1925. El nom neodimi prové dels mots grecs nis didymos, que signifiquen nou bessó (nis, nou) (didymos, bessó). El praseodimi i el neodimi foren descoberts junts i per això se'ls anomenà bessons; aquest se li va dir nou ja que a l'altre se li havia donat el nom de bessó verd.

Abundància i obtenció

Wakefieldita-(Nd)

El neodimi mai es troba en la naturalesa com a element lliure, però forma part de molts minerals 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.

El neodimi actualment és obtingut per un procés de intercanvi iònic de la sorra monazita, un material ric en terres rares, i per electròlisi dels seus halurs.

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-platejat 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 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

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 31 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). La manera principal de desintegració a l'isòtop estable més abundant, el ¹⁴²Nd, és la captura electrònica i la principal manera després d'aquest, és la emissió beta. El principal producte de desintegració del ¹⁴²Nd és el praseodimi i el principal producte següent és el prometi.

Aplicacions

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 s'utilitzen 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.

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. El làsers 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 semi-públiques, mantes, matalassos i altres artefactes que publiciten que el neodimi usat en aquests productes, arran de la seva 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⁺ va ser divulgat com a element per promoure el creixement vegetal. Els compostos d'elements de les terres rares s'utilitzen amb freqüència en Xina com fertilitzants.

Graus de neodimi

Els imants de neodimi es classifiquen segons el material amb el qual estigui combinat (N35, N38, N42, N38SH ...). Com a regla general, com més alt és el grau (el nombre que segueix a la "N"), 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. Si no segueix cap lletra, vol dir que la temperatura de l'imant és l'estàndard. Alguns graus de temperatura poden ser: - M - H - SH - UH - EH.

Precaucions

• El metall en pols de neodimi presenta perill de combustió i explosió.

• És un dels elements químics rars , que pot ser trobat en les cases en equips com ara televisors en color, auriculars tipus casc, llums fluorescents i vidres. Tots els compostos químics rars tenen propietats comparables.

• Rarament es troba en la naturalesa, ja que es dona en quantitats molt petites. Normalment es troba solament en dos tipus diferents de minerals. L'ús del neodimi segueix augmentant, a causa de el fet que és útil per a produir catalitzador és i per a polir vidres.

• És més perillós en l'ambient de treball, a causa de el fet que les humitats i els gasos poden ser inhalats amb l'aire. Això pot causar embòlia pulmonar, especialment durant exposicions a llarg termini. També pot ser una amenaça per al fetge quan s'acumula en el cos humà.

• És abocament a medi ambient en molts llocs diferents, principalment per indústries productores de petroli. També pot entrar al medi ambient quan es tiren els equips domèstics. D'aquesta manera s'acumularà gradualment en els sòls i en les aigües subterrànies i això portarà finalment a incrementar la concentració en humans, animals i partícules de terra.

• En els animals aquàtics provoca danys a la membrana cel·lular, el que té diverses influències negatives en la reproducció i en les funcions del sistema nerviós.

Bibliografia

• Los Alamos National Laboratory - Neodymium

Enllaços externs

• Los Alamos National Laboratory - Neodimi (anglès).
• webelements.com - Neodimi (anglès).
• environmentalchemistry.com - Neodimi (anglès).
• It's Elemental - Neodimi (anglès).

Viccionari