Neodímio é um elemento químico com o símbolo Nd e número atômico 60. É um metal macio e prateado que mancha no ar. Foi descoberto em 1885 pelo químico austríaco Carl Auer von Welsbach. A substância está presente em quantidades significativas em depósitos de areia monazítica e no mineral bastnäsite.
Histórico
O neodímio metal de terras raras foi descoberto pelo químico austríaco Barão Karl Auer von Welsbach em Viena em 1885. O cientista isolou uma nova substância (assim como o elemento praseodímio) a partir de um material conhecido como didímio por cristalização fracionada de tetrahidrato de nitrato de amônio duplo a partir de ácido nítrico, após separação por análise espectroscópica. No entanto, até 1925 não era possível obter o elemento em sua forma mais pura.
Até o final da década de 1940, o principal método comercial de produção de metal era a dupla cristalização de nitratos. O método é ineficaz e a quantidade da substância obtida foi pequena. Lindsay Chemical Division foi a primeira a iniciar a produção em larga escala de neodímiométodo de purificação por troca iônica. Desde a década de 1950, o elemento altamente purificado (acima de 99%) tem sido produzido principalmente por um processo de troca iônica de monazita rica em terras raras por eletrólise de seus sais haletos.
Atualmente, a maior parte do neodímio metálico é extraído da bastnäsite. Os avanços na tecnologia e o desenvolvimento de métodos de limpeza aprimorados o tornaram amplamente utilizado na indústria.
Descrição
O elemento químico não ocorre naturalmente na forma metálica, ele é separado da substância didímio, na qual é misturado com outros lantanídeos (em particular, com o praseodímio). Embora o neodímio seja classificado como um metal de terras raras, é um elemento bastante comum, ocorrendo pelo menos com a mesma frequência que o cob alto, o níquel ou o cobre, e é amplamente distribuído na crosta terrestre. A maior parte da substância vem da China.
Os compostos de neodímio foram usados pela primeira vez comercialmente como corantes de vidro em 1927 e continuam sendo um aditivo popular em lentes de óculos. A cor dos compostos de neodímio devido à presença de íons Nd3+ geralmente tem um tom roxo-avermelhado, mas isso varia dependendo do tipo de iluminação.
Aplicativo
As lentes dopadas com ndodímio são usadas em lasers que emitem radiação infravermelha com comprimentos de onda entre 1047 e 1062 nanômetros. Eles são usados em sistemas com potência extremamente alta, por exemplo, em experimentos de inérciacontenção.
Nd:metal também é usado com outros cristais (como granada de ítrio e alumínio) em lasers de Nd:YAG. Essa configuração normalmente emite raios infravermelhos com um comprimento de onda de cerca de 1064 nm. É um dos lasers de estado sólido mais usados.
Outro uso importante do metal neodímio é como componente de reforço em ligas usadas para fazer ímãs permanentes poderosos e de alta resistência. Eles são amplamente utilizados em produtos como microfones, alto-falantes profissionais, fones de ouvido intra-auriculares, motores DC de alto desempenho, discos rígidos de computador, onde é necessária baixa massa magnética (volume) ou campos magnéticos fortes.
Grandes ímãs de neodímio são usados em motores elétricos de alta potência e peso (por exemplo, carros híbridos) e geradores (por exemplo, geradores elétricos de aeronaves e parques eólicos). Além disso, o elemento é usado para endurecer algumas ligas. Por exemplo, o titânio torna-se uma vez e meia mais forte depois de adicionar apenas 1,5% desta substância.
Propriedades físicas
O neodímio metálico está presente no mischmetal clássico (uma liga de elementos de terras raras), onde sua concentração costuma ser da ordem de 18%. Em sua forma pura, o elemento tem um brilho metálico prata-ouro brilhante, mas oxida rapidamente no ar comum. Uma camada de óxido se forma e se descama, expondo o metal a mais oxidação. Por isso,uma amostra de centímetro da substância é completamente oxidada em um ano.
O neodímio geralmente existe em duas formas alotrópicas, com uma transformação centro a centro de uma estrutura cúbica hexagonal dupla. Começa a derreter a 1024°C e a ferver a 3074°C. A densidade da matéria na fase sólida é 7,01 g/cm3, no estado líquido é 6,89 g/cm3.
Propriedades atômicas:
- Estado de oxidação: +4, +3, +2 (óxido básico).
- Eletronegatividade: 1, 14 (escala de sondagem).
- Condutividade térmica: 16,5 W/(m K).
- Energia de ionização: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Raio de um átomo: 181 picômetros.
Propriedades Químicas
Metal neodímio mancha lentamente no ar e queima facilmente em torno de 150°C para formar óxido de neodímio(III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Este é um elemento eletropositivo. Reage lentamente com água fria, mas rapidamente com água quente, formando hidróxido de neodímio (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
O metal reage vigorosamente com todos os halogênios, dissolve-se facilmente em ácido sulfúrico diluído para formar soluções que contêm o íon violeta Nd(III).
Produção
O metal neodímio nunca ocorre como um elemento livre na natureza. É extraído de minérios comobastnäsite e monazite, em que está associado a outros lantanídeos e outros elementos. As principais áreas de mineração desses minerais estão localizadas na China, EUA, Brasil, Índia, Sri Lanka e Austrália. Pequenos depósitos também foram explorados na Rússia.
As reservas de neodímio são estimadas em cerca de 8 milhões de toneladas. Sua concentração na crosta terrestre é de cerca de 38 mg/kg, que é a segunda mais alta entre os elementos de terras raras depois do cério. A produção mundial de metal é de cerca de 7.000 toneladas. A maior parte da produção pertence à China. O governo da RPC reconheceu recentemente o elemento como estrategicamente importante e impôs restrições à sua exportação, causando alguma preocupação nos países consumidores e provocando um forte aumento no preço do neodímio para US$ 500. Hoje, o preço médio por quilo de metal puro varia entre $ 300-350, óxidos de neodímio são mais baratos: $ 70-130.
Há casos em que o valor do metal caiu para US$ 40 devido ao comércio ilegal, contornando as restrições do governo chinês. As incertezas de preço e disponibilidade levaram as empresas japonesas a desenvolver ímãs permanentes e motores elétricos relacionados com menos ou nenhum elemento de terras raras.
