Struttura, proprietà, proprietà del neodimium

Lui neodimio È un metallo appartenente alla serie Lantanide, delle terre rare, il cui simbolo chimico è nd (non confondere con NB, il niobio). È uno dei metalli più reattivi e abbondanti dei lantanidi, essendo nella crosta terrestre con un'abbondanza vicina a quella del piombo.

Il neodimio è all'interno del gruppo dei Lantanides più interessanti e pratici. Come altri dei loro coetanei, formano composti che presentano colorazioni rosa o viola, che possono colorare occhiali e ceramiche sensibili alla fonte di luce incidente; Cioè, cambiano colore a seconda della luce illuminarli.

Campione di neodimio metallico immagazzinato in un ampo di vetro. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici/cc di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)

Up abbiamo un campione di neodimio metallico. Deve rimanere immagazzinato in un'atmosfera inerte, altrimenti è rapidamente corroso dall'azione dell'ossigeno. Sul suo stesso neodimio non c'è un metallo che sporge, come con rame o oro; Tuttavia, le loro leghe e cristalli misti hanno un enorme impatto tecnologico.

In questo senso, il neodimio è sinonimo di magneti, a causa dei famosi magneti del neodimio, che sono i più potenti mai creati. Questi consistono in una lega Nd-Fe-B, le cui proprietà fisiche sono abbastanza assominate a quelle della ceramica e che occupano un posto importante nelle sinfine delle apparecchiature elettroniche.

D'altra parte, non solo i magneti del neodimio sono ben noti, ma anche i loro laser, caratterizzati dalle loro travi verdastre e luminose. I laser con cristalli misti con atomi di neodimio hanno diverse applicazioni: dalla guarigione di ferite superficiali, per innescare le reazioni di fusione.

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Scoperta

La scoperta del neodimio iniziò con il didimio, una miscela di ossidi o sali lantanidi che nel diciannovesimo secolo fu erroneamente considerata un elemento.

Nel 1885, il chimico austriaco Carl Auer von Welsbach, cercò e gestiva un metodo per frazione del Didimio, che a quel punto, e grazie all'analisi spettroscopica, la sua natura composita era già nota.

Carl Welsbach ha completato la sua missione dopo ardue cristallizzazioni frazionarie di sali di nitrato e ammonio a doppio nitrato, ottenuti dai metalli presenti nel Didimio: Neodimio e Praseodimio.

Il sale del neodimio era rosa, mentre quello del prseodimium, di colore verdastro. Il suo nome, "Neodimio", che significa "nuovo gemello", derivato dall'esegnamento ", poiché era la frazione più abbondante del didimio con cui lavorava.

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Struttura chimica del neodimio

Gli atomi di neodimio, ND, interagiscono fortemente tra loro attraverso il collegamento metallico. Questa forza, insieme al raggio atomico di ND, e la modalità del suo imballaggio in tre dimensioni, termina con l'impostazione di una struttura esagonale esagonale compatta (DHCP); la sua forma allotropica più stabile e densa.

Tuttavia, quando i cristalli di metallo DHCP si riscaldano a una temperatura vicina a 863 ºC, il neodimio subisce una transizione di fase: la sua struttura viene trasformata in un cubico centrato nel corpo (BCC), che è meno denso. Pertanto, il neodimio può esistere come due forme allotropiche: DHCP e BCC.

Configurazione elettronica

Configurazione elettronica del neodimio

La configurazione elettronica abbreviata per il neodimio è la seguente:

[Xe] 6s² 4f⁴

Essendo proprio il quarto elemento della serie Lantanide, il riempimento elettronico dei suoi orbitali 4F non contraddice l'ordine previsto e stabilito dal principio di Aufbau.

Proprietà neodimium

Aspetto fisico

Argento e metallo luminoso, relativamente malleabile e notevole durezza, paragonabile al ferro. Quando lo colpisci, emette un tintineo che ricorda quello del bronzo.

Numero atomico

60

Massa molare

144.242 g/mol

Punto di fusione

1024 ºC

Punto di ebollizione

3074 ºC

Densità

A temperatura ambiente: 7.01 g/cm³

Proprio al punto di fusione: 6.89 g/cm³

Stati di ossidazione

Il neodimio può partecipare ai suoi composti con 0 stati di ossidazione (ND⁰, in leghe), +1 (ND⁺), +2 (ND²⁺), +3 (ND³⁺) e +4 (ND⁴⁺), Essendo +3 essendo il più stabile e comune di tutti, come con gli altri latanidi.

Elettronegatività

1.14 sulla scala Pauling.

Energie di ionizzazione

Primo: 533.1 kJ/mol (ND⁺ gassoso)

Secondo: 1040 kJ/mol (ND²⁺ gassoso)

Terzo: 2130 kJ/mol (ND³⁺ gassoso)

Ordine magnetico

Paramagnetico. È appena attratto debolmente dai magneti. Tuttavia, quando si è schierati con atomi di ferro e boro, acquisisce saturazione magnetica; Cioè, raggiunge uno stato massimo di magnetizzazione, quindi sarà un magnete potente.

A una temperatura inferiore a 20 K il neodimio diventa un materiale antiferromagnetico.

Reattività e composti

Il neodimio è uno dei metalli più reattivi della serie Lantanide. Deve essere immagazzinato fuori dalla portata dell'ossigeno, poiché corre rapidamente alla sua superficie, poiché l'ossido risultante viene rotto senza essere in grado di proteggere l'interno del metallo dalle successive ossidazioni:

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4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂O₃

Questa ossidazione accelera a 150 ºC, bruciando il neodimio con intensità.

Non solo reagisce rapidamente con l'ossigeno, ma anche con sostanze acide, come l'acido cloridrico, per rilasciare idrogeno e produrre sali di neodimio:

2 nd + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 h₂

Le soluzioni dei composti del neodimio mostrano colori rosa, una caratteristica che si vede anche in Erbio, un altro Lantanide. Tuttavia, quando sono illuminati con una lampada luminosa fluorescente, cambiano giallo. Nota ad esempio l'immagine inferiore:

a) soluzioni di solfato, nitrato e cloruro di neodimio (III) sotto la luce solare; b) le stesse soluzioni ma illuminate con una lampada fluorescente compatta. Fonte: w. Oelen/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

Le soluzioni acquose dei sali ND₂(SW₄)₃, Nd (n₃)₃ e ndcl₃ Sono rosa o viola se assorbono la luce solare; Ma giallastro o addirittura incolore (vedi la soluzione di nitrato) quando sono illuminati con un'altra fonte di luce, come una lampada fluorescente compatta.

Questo fenomeno è dovuto alle transizioni elettroniche F-F, le cui bande di assorbimento interagiscono con quelle della luce irradiata.

Ottenimento

Il neodimio si trova nelle rocce ignee della corteccia terrestre che integrano molti minerali in cui predominano i lantanidi. Tra questi minerali, il Bastnasite e il Monacite si distinguono, che comprese tutte le loro famiglie o varianti contengono circa il 10-18% del neodimio sfruttabile. Pertanto, la Bastnasita e il monacite sono le sue principali fonti mineralogiche.

Gli ioni nd³⁺ Devono essere separati da una matrice composta da altri ossidi di lantanide e altre impurità. Per fare ciò, vengono utilizzate tecniche di cromatografia a scambio ionico ed estrazioni liquide-liquid.

Fatto questo e, a seconda del processo selezionato, gli ioni neodimici sono ottenuti come ossido o uno qualsiasi dei suoi alogenuri (NDX₃).

L'ossido, nd₂O₃, Può essere ridotto con sodio metallico in presenza di cloruro di calcio, come indicato nella seguente equazione chimica:

Nd₂O₃ + 3 Cacl₂+ 6 NA → 2 ND + 3 CAO + 6 NaCl

D'altra parte, l'NDCL₃ Può essere ridotto al neodimio metallico mediante elettrolisi o mediante una riduzione metallotermale usando il calcio come agente riducente.

Usi/applicazioni

Fotografia

Il vetro recitato in neodimio viene utilizzato come filtro giallo nelle telecamere.

Ceramica

Bulbi realizzati con vetro di neodimio e illuminati da diverse fonti di luce. Fonte: Scientific29/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

Le vendite o l'ossido di neodimio sono usate come additivi per fornire colorazioni di vetro o viola al vetro. D'altra parte, gli occhiali di Neodimio hanno anche la peculiarità, come menzionato in precedenza, per mostrare colorazioni diverse a seconda della luce incidente, come si vede nell'immagine qui sotto:

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A sinistra, la lampadina mostra una colorazione bluastra sotto la luce fluorescente; Mentre a destra, cambia nella colorazione rosa sotto la luce a incandescenza.

D'altra parte, le lampadine a doping del neodimio hanno anche la caratteristica di emettere luci più intelligenti, mentre assorbono le emissioni giallastre.

Occhiali da saldatura

Gli occhiali saldatori contengono neodimio, che assorbe intense emissioni di sodio, eliminando così i lampi gialli a incandescenza.

Laser

Sei riprodotto con i laser ND-YAG sono caratterizzati dal loro attraente colore verde. Fonte: Giorgio Brida da Torino, Italia/CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)

L'ossido di neodimio viene utilizzato per equipaggiare il vetro utilizzato nella costruzione di alte potenze, in grado di iniziare le reazioni di fusione.

I raggi di altri laser di neodimio, come l'ND: YAG (neodimio-grigio-grigio dell'ititrium e alluminio) sono stati usati per il trattamento del cancro della pelle, la depilazione dei peli del corpo e il taglio o la perforazione dell'acciaio.

Magneti

Sfere di magneti neodimio impostate per la sua magnetizzazione permanente e forte. Fonte: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

ND-FE-B (nd₂Fede₁₄B) e la sua elevata magnetizzazione, viene utilizzata per creare potenti magneti. Questi sono magneti per eccellenza, in quanto sono i più potenti mai costruiti. Tuttavia, alcuni svantaggi hanno: nella sua forma più pura perdono le loro proprietà magnetiche ad alte temperature e sono facilmente corrodi e fratturati.

Per risolvere questi inconvenienti. Pertanto, i magneti del neodimio vengono utilizzati nei generatori elettrici per turbine eoliche e vento, attrezzature mediche, giocattoli, telefoni cellulari, microfoni, chitarre elettriche, ecc.

I magneti neodimium sono costituiti dalla lega Nd-Fe-B, che contiene anche altri additivi, essendo parte di loro altri metalli delle terre rare. La forza con cui attirano è tale, che è possibile raccoglierli per creare figure diverse, come il cilindro di immagine sopra.

Inoltre, questi magneti fungono da hobby per coloro che vogliono dimostrare la loro forza di attrazione tra due oggetti, osservando come li schiacciano nel processo. Vedi ad esempio il seguente video:

A seconda delle dimensioni, della composizione e della temperatura, questi magneti possono anche essere pericolosi, perché attirerebbero oggetti enormi verso di loro che potrebbero colpire qualcuno.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. I redattori di Enyclopedia Britannica. (2020). Neodimio. Recuperato da: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodimio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
4. Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Detestazione della serie Lanthanides con vari metodi analitici. Scienceirect.
5. Dottore. Doug Stewart. (2020). Fatti per elementi neodimici. Recuperato da: Chemicool.com
6. Sharma, r.A. (1987). Processo di produzione del neodimio. Jom 39, 33-37. doi.org/10.1007/BF03259468