Structure du néodimium, propriétés, utilisations

Il néodyme Il s'agit d'un métal appartenant à la série Lantanide, des terres rares, dont le symbole chimique est nd (pour ne pas confondre avec NB, le niobium). C'est l'un des métaux les plus réactifs et les plus abondants des lanthanides, étant dans la croûte terrestre avec une abondance proche de celle de la tête.

Le néodyme est dans le groupe des lantanides les plus intéressants et les plus pratiques. Comme d'autres de leurs pairs, forment des composés qui présentent des colorations roses ou violettes, qui peuvent colorer les verres et la céramique sensibles à la source de lumière incidente; c'est-à-dire qu'ils changent de couleur en fonction de la lumière qui les illumine.

Échantillon de néodyme métallique stocké dans un ampoule en verre. Source: Images haute résolution des éléments chimiques / CC par (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)

Nous avons un échantillon de néodyme métallique. Il doit rester stocké sous une atmosphère inerte, sinon il est rapidement corrodé par l'action de l'oxygène. Sur son propre néodyme n'est pas un métal qui dépasse, comme avec le cuivre ou l'or; Cependant, leurs alliages et cristaux mixtes ont un impact technologique énorme.

En ce sens, le néodyme est synonyme d'aimants, en raison des célèbres aimants en néodyme, qui sont les plus puissants jamais créés. Ceux-ci se composent d'un alliage ND-FE-B, dont les propriétés physiques ressemblent à celles de la céramique, et qui occupent une place importante dans les symphines d'équipement électronique.

D'un autre côté, non seulement les aimants en néodyme sont bien connus, mais aussi leurs lasers, caractérisés par leurs faisceaux verdâtres et brillants. Les lasers avec des cristaux mixtes avec des atomes de néodyme ont des applications diverses: de la guérison des blessures superficielles, pour déclencher des réactions de fusion.

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Découverte

La découverte du néodyme a commencé avec le Dimio, un mélange d'oxydes ou de sels lantanides qui, au XIXe siècle, a été considéré comme à tort un élément.

En 1885, le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach, a fouillé et géré une méthode pour fraction le Dimio, qui, et grâce à l'analyse spectroscopique, sa nature composite était déjà connue.

Carl Welsbach a terminé sa mission après les cristallisations fractionnaires ardues de doubles nitrates et de sels d'ammonium, obtenus à partir des métaux présents dans le Dimio: Neodymium et Praseodimium.

Le sel du néodyme était rose, tandis que celui du prseodimium, de couleur verdâtre. Son nom, «Neodimio», qui signifie «nouveau jumeau», dérivé de «l'enseignement», car c'était la fraction la plus abondante du Dimio avec lequel il travaillait.

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Structure chimique du néodyme

Les atomes de néodyme, ND, interagissent fortement les uns avec les autres à travers le lien métallique. Cette force, ainsi que le rayon atomique de ND, et le mode de son emballage en trois dimensions, se termine par la définition d'une structure hexagonale hexagonale compacte (DHCP); sa forme allotrope la plus stable et la plus dense.

Cependant, lorsque les cristaux métalliques DHCP chauffent à une température proche de 863 ºC, le néodyme subit une transition de phase: sa structure est transformée en un cubique centré dans le corps (BCC), qui est moins dense. Par conséquent, le néodyme peut exister sous forme de deux formes allotropes: DHCP et BCC.

Configuration électronique

Configuration électronique du néodyme

La configuration électronique abrégée pour le néodyme est la suivante:

[XE] 6S² 4F⁴

Étant précisément le quatrième élément de la série Lantanide, le remplissage électronique de ses Orbitals 4F ne contredit pas l'ordre attendu et établi par le principe d'Aufbau.

Propriétés du néodimium

Apparence physique

Métal argenté et vif, relativement malléable et dureté considérable, comparable au fer. Lorsque vous le frappez, il émet un tintineo qui se souvient de celui de bronze.

Numéro atomique

60

Masse molaire

144.242 g / mol

Point de fusion

1024 ºC

Point d'ébullition

3074 ºC

Densité

À température ambiante: 7.01 g / cm³

Juste au point de fusion: 6.89 g / cm³

États d'oxydation

Le néodyme peut participer à ses composés avec 0 états d'oxydation (nd⁰, en alliages), +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) et +4 (nd⁴⁺), Étant +3 étant le plus stable et le plus commun de tous, comme avec les autres lantanides.

Électronégativité

1.14 sur l'échelle Pauling.

Énergies d'ionisation

Premièrement: 533.1 kJ / mol (nd⁺ gazeux)

Deuxième: 1040 kJ / mol (nd²⁺ gazeux)

Troisième: 2130 kJ / mol (nd³⁺ gazeux)

Ordre magnétique

Paramagnétique. Il est à peine attiré faiblement par les aimants. Cependant, lorsque vous êtes dressé d'atomes de fer et de bore, il acquiert une saturation magnétique; c'est-à-dire qu'il atteint un état d'aimantation maximal, donc ce sera un aimant puissant.

À une température inférieure à 20 K, le néodyme devient un matériau antiferromagnétique.

Réactivité et composés

Le néodyme est l'un des métaux les plus réactifs de la série Lantanide. Il doit être stocké hors de la portée de l'oxygène, car il exécute rapidement sa surface, car l'oxyde résultant est cassé sans pouvoir protéger l'intérieur du métal contre les oxydations ultérieures:

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4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂SOIT₃

Cette oxydation accélère à 150 ºC, brûlant le néodyme avec intensité.

Non seulement il réagit rapidement avec l'oxygène, mais aussi avec des substances acides, telles que l'acide chlorhydrique, pour libérer de l'hydrogène et produire des sels de néodyme:

2 nd + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 h₂

Les solutions des composés néodymées montrent des couleurs roses, une caractéristique qui est également vue dans l'erbio, un autre lantanide. Cependant, lorsqu'ils sont illuminés avec une lampe lumineuse fluorescente, ils changent jaune. Remarque par exemple l'image inférieure:

a) Solutions de sulfate, nitrate et chlorure de néodyme (III) sous la lumière du soleil; b) les mêmes solutions mais éclairées avec une lampe fluorescente compacte. Source: W. Oelen / CC By-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

Les solutions aqueuses des sels du ND₂(SW₄)₃, Nd (non₃)₃ et ndcl₃ Ils sont roses ou violets s'ils absorbent la lumière du soleil; Mais jaunâtre ou même incolore (voir la solution de nitrate) lorsqu'ils sont illuminés avec une autre source de lumière, comme une lampe fluorescente compacte.

Ce phénomène est dû aux transitions électroniques F-F, dont les bandes d'absorption interagissent avec celles de la lumière irradiée.

Obtention

Le néodyme se trouve dans les roches ignées du cortex de la Terre intégrant de nombreux minéraux où les lanthanides prédominent. Parmi ces minéraux, le basnasite et la monacite se distinguent, qui, y compris toutes leurs familles ou variantes, contiennent environ 10 à 18% du néodyme exploitable. Par conséquent, le Bastnasita et la monacite sont ses principales sources minéralogiques.

Les ions nd³⁺ Ils doivent être séparés d'une matrice composée d'autres oxydes de lanthanure et d'autres impuretés. Pour ce faire, des techniques de chromatographie d'échange d'ions et des extractions liquides-liquides sont utilisées.

Cela fait, et selon le processus sélectionné, les ions néodymiques sont obtenus comme leur oxyde ou l'un de ses halogénures (NDX₃).

L'oxyde, nd₂SOIT₃, Il peut être réduit avec du sodium métallique en présence de chlorure de calcium, comme indiqué dans l'équation chimique suivante:

Nd₂SOIT₃ + 3 cacl₂+ 6 Na → 2 nd + 3 Cao + 6 NaCl

D'un autre côté, le NDCL₃ Il peut être réduit au néodyme métallique par électrolyse, ou par une réduction des métalothermales utilisant le calcium comme agent réducteur.

Utilisations / applications

La photographie

Le verre correct du néodyme est utilisé comme filtre jaune dans les caméras.

Céramique

Bulbes à base de verre néodyme et illuminé par différentes sources lumineuses. Source: Scientific29 / CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

Les ventes ou l'oxyde de néodymie sont utilisés comme additifs pour fournir des colorations en verre ou violettes au verre. D'un autre côté, les lunettes du néodyme ont également la particularité, comme mentionné précédemment, pour montrer différentes colorations en fonction de la lumière incidente, comme on le voit dans l'image ci-dessous:

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À gauche, l'ampoule montre une coloration bleuâtre sous la lumière fluorescente; Tandis que à droite, il change dans la coloration rose sous la lumière à incandescence.

D'un autre côté, les ampoules de dopage du néodymie ont également la caractéristique d'émettre des lumières plus intelligentes, car ils absorbent les émissions jaunâtres.

Verres de soudage

Les verres de soudeurs contiennent du néodyme, qui absorbe les émissions de sodium intenses, éliminant ainsi les flashs jaunes à incandescence.

Lasers

Vous êtes reproduit avec les lasers ND-YAG qui sont caractérisés par leur couleur verte attrayante. Source: Giorgio Brida de Torino, Italie / CC par (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 2.0)

L'oxyde de néodymie est utilisé pour équiper le verre utilisé dans la construction de puissances élevées, capable de déclencher des réactions de fusion.

Les faisceaux d'autres lasers néodymiques, comme le ND: YAG (néodyme-gris d'Ittirium et d'aluminium) ont été utilisés pour le traitement du cancer de la peau, de l'épilation du corps et de la coupe ou du forage d'acier.

Aimants

Les sphères d'aimant néodyme sont pour sa magnétisation permanente et forte. Source: © Nevit Dilmen / CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

ND-FE-B (nd₂Foi₁₄B) et sa magnétisation élevée, est utilisée pour créer des aimants puissants. Ce sont des aimants par excellence, car ils sont les plus puissants jamais construits. Cependant, certains inconvénients ont: dans sa forme la plus pure, ils perdent leurs propriétés magnétiques à des températures élevées, et ils sont facilement corrodés et fracturés.

Pour résoudre ces inconvénients. Ainsi, les aimants en néodyme sont utilisés dans les générateurs électriques pour les éoliennes et les éoliennes, les équipements médicaux, les jouets, les téléphones portables, les microphones, les guitares électriques, etc.

Les aimants au néodimium sont composés de l'alliage ND-FE-B, qui contient également d'autres additifs, en faisant partie d'autres métaux de terres rares. La force avec laquelle ils attirent est telle, qu'il est possible de les rassembler pour créer différentes figures, comme le cylindre d'image au-dessus.

De plus, ces aimants servent de passe-temps à ceux qui veulent prouver leur force d'attraction entre deux objets, observant comment ils les écrasent dans le processus. Voir par exemple la vidéo suivante:

En fonction de la taille, de la composition et de la température, ces aimants peuvent même être dangereux, car ils attireraient des objets massifs vers eux qui pourraient frapper quelqu'un.

Les références

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