Estrutura de neodimium, propriedades, usa

Ele neodímio É um metal pertencente à série Lantanide, das terras raras, cujo símbolo químico é ND (para não confundir com NB, o nióbio). É um dos metais mais reativos e abundantes dos lantanídeos, estando na crosta terrestre com uma abundância próxima à de chumbo.

O neodímio está dentro do grupo dos Lantanides mais interessantes e práticos. Como outros colegas, formam compostos que exibem cores rosa ou roxa, que podem colorir óculos e cerâmicas sensíveis à fonte de luz incidente; isto é, eles mudam de cor, dependendo da qual a luz os iluminam.

Amostra de neodímio metálico armazenado em uma ampola de vidro. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos/cc por (https: // criativecommons.Org/licenças/por/3.0)

Up, temos uma amostra de neodímio metálico. Deve permanecer armazenado sob uma atmosfera inerte, caso contrário, é rapidamente corroído pela ação do oxigênio. Por seu próprio neodímio, não é um metal que se projeta, como em cobre ou ouro; No entanto, suas ligas mistas e cristais têm um enorme impacto tecnológico.

Nesse sentido, o neodímio é sinônimo de ímãs, devido aos famosos ímãs de neodímio, que são os mais poderosos já criados. Eles consistem em uma liga ND-Fe-B, cujas propriedades físicas são bastante parecidas com as da cerâmica, e que ocupam um lugar importante nas sinfinas de equipamentos eletrônicos.

Por outro lado, não apenas os ímãs de neodímio são bem conhecidos, mas também seus lasers, caracterizados por suas vigas esverdeadas e brilhantes. Os lasers com cristais mistos com átomos de neodímio têm diversas aplicações: de curar feridas superficiais, para desencadear reações de fusão.

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Descoberta

A descoberta do neodímio começou com o Didimio, uma mistura de óxidos ou sais de lantânida que no século XIX foi erroneamente considerado um elemento.

Em 1885, o químico austríaco Carl Auer von Welsbach, pesquisou e gerenciou um método para falhar o didimio, que até então, e graças à análise espectroscópica, sua natureza composta já era conhecida.

Carl Welsbach completou sua missão após cristalizações fracionárias árduas de nitrato duplo e sais de amônio, obtidos dos metais presentes no Didimio: neodímio e praseodimium.

O sal do neodímio era rosa, enquanto o prseodimium, de cor esverdeada. Seu nome, 'Neodimio', que significa 'novo gêmeo', derivado do 'ensino', pois era a fração mais abundante do Didimio com o qual ele trabalhou.

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Estrutura química de neodímio

Os átomos de neodímio, ND, interagem fortemente entre si através do link metálico. Essa força, juntamente com o raio atômico de ND, e o modo de sua embalagem em três dimensões, termina com a definição de uma estrutura hexagonal dupla hexagonal compacta (DHCP); sua forma alotrópica mais estável e densa.

No entanto, quando os cristais de metal DHCP aquecem a uma temperatura próxima a 863 ºC, o neodímio sofre uma transição de fase: sua estrutura é transformada em um cúbico centrado no corpo (BCC), que é menos denso. Portanto, o neodímio pode existir como duas formas alotrópicas: DHCP e BCC.

Configuração eletronica

Configuração eletrônica de neodímio

A configuração eletrônica abreviada para o neodímio é a seguinte:

[Xe] 6s² 4f⁴

Sendo precisamente o quarto elemento da série Lantanide, o preenchimento eletrônico de seus orbitais 4F não contradiz a ordem esperada e estabelecida pelo princípio de Aufbau.

Propriedades do Neodimium

Aparência física

Prata e metal brilhante, com dureza relativamente maleável e considerável, comparável ao ferro. Quando você atinge, emite um tintineo que se lembra do de bronze.

Número atômico

60

Massa molar

144.242 g/mol

Ponto de fusão

1024 ºC

Ponto de ebulição

3074 ºC

Densidade

À temperatura ambiente: 7.01 g/cm³

Bem no ponto de fusão: 6.89 g/cm³

Estados de oxidação

O neodímio pode participar de seus compostos com 0 estados de oxidação (ND⁰, em ligas), +1 (nd⁺), +2 (ND²⁺), +3 (ND³⁺) e +4 (ND⁴⁺), Sendo +3 sendo o mais estável e comum de todos, como nos outros lantanids.

Eletro-negatividade

1.14 na escala Pauling.

Energias de ionização

Primeiro: 533.1 kJ/mol (ND⁺ gasoso)

Segundo: 1040 kJ/mol (nd²⁺ gasoso)

Terceiro: 2130 KJ/mol (ND³⁺ gasoso)

Ordem magnética

Paramagnético. É mal atraído fracamente pelos ímãs. No entanto, quando você é doou com átomos de ferro e boro, ele adquire saturação magnética; isto é, atinge um estado máximo de magnetização, por isso será um ímã poderoso.

A uma temperatura abaixo de 20 K, o neodímio se torna um material antiferromagnético.

Reatividade e compostos

O neodímio é um dos metais mais reativos da série Lantanide. Deve ser armazenado fora do alcance do oxigênio, pois executa sua superfície rapidamente, pois o óxido resultante é quebrado sem poder proteger o interior do metal das oxidações subsequentes:

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4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂QUALQUER₃

Esta oxidação acelera a 150 ºC, queimando o neodímio com intensidade.

Não apenas reage rapidamente com oxigênio, mas também com substâncias ácidas, como o ácido clorídrico, para liberar hidrogênio e produzir sais de neodímio:

2 nd + 6 hcl → 2 ndcl₃ + 3 h₂

As soluções dos compostos de neodímio mostram cores rosa, uma característica que também é vista no Erbio, outro Lantanid. No entanto, quando eles são iluminados com uma lâmpada de luz fluorescente, eles mudam de amarelo. Nota, por exemplo, a imagem inferior:

a) soluções de sulfato, nitrato e cloreto de neodímio (III) sob luz solar; b) as mesmas soluções, mas iluminadas com uma lâmpada fluorescente compacta. Fonte: w. OELEN/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)

As soluções aquosas dos sais do ND₂(SW₄)₃, Nd (não₃)₃ e ndcl₃ Eles são rosa ou roxos se absorverem a luz do sol; Mas amarelado ou até incolor (veja a solução de nitrato) quando eles são iluminados com outra fonte de luz, como uma lâmpada fluorescente compacta.

Esse fenômeno é devido a transições eletrônicas F-F, cujas bandas de absorção interagem com as da luz irradiada.

Obtenção

O neodímio é encontrado nas rochas ígneas do córtex da Terra, integrando muitos minerais onde os lantanídeos predominam. Entre esses minerais, o Bastnasita e o Monacite se destacam, que, incluindo todas as suas famílias ou variantes, contêm cerca de 10 a 18% do neodímio explorável. Portanto, os Bastnasita e o Monacito são suas principais fontes mineralógicas.

Os íons ND³⁺ Eles devem ser separados de uma matriz composta por outros óxidos de lantanídeos e outras impurezas. Para fazer isso, técnicas de cromatografia de troca iônica e extrações líquidas-líquidas são usadas.

Feito isso, e dependendo do processo selecionado, os íons de neodímio são obtidos como óxido ou qualquer um de seus halogenetos (NDX₃).

O óxido, ND₂QUALQUER₃, Pode ser reduzido com sódio metálico na presença de cloreto de cálcio, conforme indicado na seguinte equação química:

Nd₂QUALQUER₃ + 3 CACL₂+ 6 Na → 2 nd + 3 cao + 6 nacl

Por outro lado, o NDCL₃ Pode ser reduzido ao neodímio metálico por eletrólise ou por uma redução metalotérmica usando cálcio como agente redutor.

Usa/aplicações

Fotografia

O vidro de neodímio é usado como um filtro amarelo nas câmeras.

Cerâmica

Lâmpadas feitas com vidro de neodímio e iluminadas por diferentes fontes de luz. Fonte: Scientific29/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)

Vendas ou óxido de neodímio são usados ​​como aditivos para fornecer coloração de vidro ou roxo ao vidro. Por outro lado, os óculos do neodímio também têm a peculiaridade, como mencionado anteriormente, para mostrar diferentes cores, dependendo da luz incidente, como visto na imagem abaixo:

Pode atendê -lo: equação de Arrhenius

À esquerda, a lâmpada mostra uma coloração azulada sob luz fluorescente; Enquanto estava à direita, muda na coloração rosa sob luz incandescente.

Por outro lado, as lâmpadas de doping de neodímio também têm a característica de emitir luzes mais inteligentes, pois absorvem as emissões amareladas.

Óculos de soldagem

Os óculos de soldadores contêm neodímio, que absorve as intensas emissões de sódio, eliminando assim os flashes amarelos incandescentes.

Lasers

Você é reproduzido com os lasers nd-yag são caracterizados por sua atraente cor verde. Fonte: Giorgio Brida de Torino, Itália/CC por (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/2.0)

O óxido de neodímio é usado para equipar o vidro usado na construção de altas potências, capaz de iniciar reações de fusão.

As vigas de outros lasers de neodímio, como o ND: YAG (cinza-neodímio de Ititrium e alumínio) foram usados ​​para o tratamento do câncer de pele, remoção de pêlos do corpo e corte ou perfuração de aço.

Ímãs

Esferas ímãs de neodímio definidas para sua magnetização permanente e forte. Fonte: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)

ND-FE-B (ND₂Fé₁₄B) e sua alta magnetização, é usado para criar ímãs poderosos. Estes são ímãs por excelência, pois são os mais poderosos já construídos. No entanto, algumas desvantagens têm: em sua forma mais pura, perdem suas propriedades magnéticas em altas temperaturas, e são facilmente corroergadas e fraturadas.

Para resolver esses inconvenientes. Assim, os ímãs de neodímio são usados ​​em geradores elétricos para turbinas eólicas e eólicas, equipamentos médicos, brinquedos, telefones celulares, microfones, guitarras elétricas, etc.

Os ímãs de neodimium consistem na liga Nd-Fe-B, que também contém outros aditivos, fazendo parte deles outros metais de terras raras. A força com a qual eles atraem é tal, que é possível reuni -los para criar figuras diferentes, como o cilindro de imagem acima.

Além disso, esses ímãs servem como hobbies para aqueles que desejam provar sua força de atração entre dois objetos, observando como eles os esmagam no processo. Veja, por exemplo, o seguinte vídeo:

Dependendo do tamanho, composição e temperatura, esses ímãs podem até ser perigosos, porque atrairiam objetos maciços para eles que poderiam atingir alguém.

Referências

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
2. Os editores da Enyclopaedia Britannica. (2020). Neodímio. Recuperado de: Britannica.com
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