El neodimio es un elemento químico con el símbolo Nd y el número atómico 60. Es un metal blando y plateado que se empaña en el aire. Fue descubierto en 1885 por el químico austriaco Carl Auer von Welsbach. La sustancia está presente en cantidades significativas en depósitos de arena de monacita y en el mineral bastnäsita.
Historia
El neodimio, un metal de tierras raras, fue descubierto por el químico austriaco Baron Karl Auer von Welsbach en Viena en 1885. El científico aisló una nueva sustancia (así como el elemento praseodimio) de un material conocido como didimio mediante cristalización fraccionada de nitrato de amonio doble tetrahidratado a partir de ácido nítrico, después de la separación mediante análisis espectroscópico. Sin embargo, hasta 1925 no fue posible obtener el elemento en estado puro.
Hasta finales de la década de 1940, el principal método comercial para producir metal era la doble cristalización de nitratos. El método es ineficaz y la cantidad de sustancia obtenida fue pequeña. Lindsay Chemical Division fue la primera en iniciar la producción a gran escala de neodimiométodo de purificación por intercambio iónico. Desde la década de 1950, el elemento altamente purificado (más del 99 %) se ha producido principalmente mediante un proceso de intercambio iónico a partir de monacita rica en tierras raras mediante la electrólisis de sus sales de haluros.
Actualmente, la mayor parte del neodimio metálico se extrae de la bastnäsita. Los avances tecnológicos y el desarrollo de mejores métodos de limpieza han hecho que se utilice ampliamente en la industria.
Descripción
El elemento químico no se presenta de forma natural en forma metálica, se separa de la sustancia didimio, en la que se mezcla con otros lantánidos (en particular, con praseodimio). Aunque el neodimio se clasifica como un metal de tierras raras, es un elemento bastante común, que se encuentra al menos con tanta frecuencia como el cob alto, el níquel o el cobre, y está ampliamente distribuido en la corteza terrestre. La mayor parte de la sustancia proviene de China.
Los compuestos de neodimio se usaron comercialmente por primera vez como colorantes de vidrio en 1927 y siguen siendo un aditivo popular en lentes para anteojos. El color de los compuestos de neodimio debido a la presencia de iones Nd3+ a menudo tiene un tinte púrpura rojizo, pero esto varía según el tipo de iluminación.
Solicitud
Las lentes dopadas con ndodimio se utilizan en láseres que emiten radiación infrarroja con longitudes de onda entre 1047 y 1062 nanómetros. Se utilizan en sistemas con potencia extremadamente alta, por ejemplo, en experimentos sobre inerciacontención.
El
Nd:metal también se usa con otros cristales (como el granate de itrio y aluminio) en los láseres Nd:YAG. Esta configuración normalmente emite rayos infrarrojos con una longitud de onda de alrededor de 1064 nm. Es uno de los láseres de estado sólido más utilizados.
Otro uso importante del metal de neodimio es como componente de refuerzo en las aleaciones utilizadas para fabricar imanes permanentes potentes y de alta resistencia. Se utilizan ampliamente en productos como micrófonos, altavoces profesionales, auriculares internos, motores de CC de alto rendimiento, discos duros de computadora, donde se requiere una masa magnética baja (volumen) o campos magnéticos fuertes.
Los imanes grandes de neodimio se utilizan en motores eléctricos de gran potencia y peso (p. ej., automóviles híbridos) y generadores (p. ej., aviones y generadores eléctricos de parques eólicos). Además, el elemento se utiliza para endurecer algunas aleaciones. Por ejemplo, el titanio se vuelve una vez y media más fuerte después de agregar solo un 1,5 % de esta sustancia.
Propiedades físicas
El neodimio metálico está presente en el mischmetal clásico (una aleación de elementos de tierras raras), donde su concentración suele ser del orden del 18%. En su forma pura, el elemento tiene un brillo metálico plateado y dorado brillante, pero se oxida rápidamente en el aire normal. Se forma una capa de óxido y se desprende, exponiendo el metal a una mayor oxidación. Por lo tanto,una muestra de un centímetro de la sustancia se oxida completamente en un año.
El neodimio suele existir en dos formas alotrópicas, con una transformación de centro a centro a partir de una estructura cúbica hexagonal doble. Empieza a fundirse a 1024°C y hierve a 3074°C. La densidad de la materia en estado sólido es 7,01 g/cm3, en estado líquido es 6,89 g/cm3.
Propiedades atómicas:
- Estado de oxidación: +4, +3, +2 (óxido básico).
- Electronegatividad: 1, 14 (escala de sondeo).
- Conductividad térmica: 16,5 W/(m·K).
- Energía de ionización: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radio de un átomo: 181 picómetros.
Propiedades químicas
El neodimio metálico se deslustra lentamente en el aire y se quema fácilmente a unos 150 °C para formar óxido de neodimio (III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Este es un elemento electropositivo. Reacciona lentamente con agua fría, pero bastante rápido con agua caliente, formando hidróxido de neodimio (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
El metal reacciona vigorosamente con todos los halógenos, se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen el ion violeta Nd(III).
Producción
El metal de neodimio nunca aparece como elemento libre en la naturaleza. Se extrae de minerales comobastnasita y monacita, en las que se asocia con otros lantánidos y otros elementos. Las principales áreas de extracción de estos minerales se encuentran en China, EE. UU., Brasil, India, Sri Lanka y Australia. También se han explorado pequeños depósitos en Rusia.
Las reservas de neodimio se estiman en unos 8 millones de toneladas. Su concentración en la corteza terrestre es de unos 38 mg/kg, que es la segunda más alta entre los elementos de tierras raras después del cerio. La producción mundial de metales es de unas 7000 toneladas. La parte principal de la producción pertenece a China. El gobierno de la República Popular China reconoció recientemente el elemento como estratégicamente importante e impuso restricciones a su exportación, lo que generó cierta preocupación en los países consumidores y provocó un fuerte aumento en el precio del neodimio a $ 500. Hoy, el precio promedio por kilogramo de metal puro varía entre $300-350, los óxidos de neodimio son más baratos: $70-130.
Hay casos en los que el valor del metal cayó a $40 debido al comercio ilegal, pasando por alto las restricciones del gobierno chino. Las incertidumbres de precios y disponibilidad han llevado a las empresas japonesas a desarrollar imanes permanentes y motores eléctricos relacionados con menos o ningún elemento de tierras raras.
