Neodímio

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                                           VISÃO GERAL

O neodímio é um elemento químico com o símbolo Nd e número atômico 60. É um metal prateado suave que mancha no ar. Neodímio foi descoberto em 1885 pelo austríaco químico Carl Auer von Welsbach . Ela está presente em quantidades significativas no minérios monazita e bastnäsite . Neodímio não é encontrado naturalmente em forma metálica ou sem mistura com outros lantanídeos, e geralmente é refinado para uso geral. Apesar de neodímio é classificada como uma ” terra rara “, é um elemento bastante comum, não raro do que cobalto, níquel e cobre, e é amplamente distribuída na Terra crosta.  A maioria de neodímio do mundo é extraído na China.

Compostos de neodímio foram primeiramente utilizados comercialmente como corantes de vidro em 1927, e eles continuam a ser um aditivo popular nos óculos. A cor dos compostos de neodímio-devido ao Nd ^{3 +} íons é geralmente uma púrpura avermelhada, mas ela muda com o tipo de iluminação, devido aos efeitos fluorescentes. Alguns vidros dopados com neodímio são também usados ​​em lasers que emitem luz infravermelha com comprimentos de onda entre 1047 e 1062 nanómetros. Estes foram utilizados em aplicações extremamente elevadas de energia, como por exemplo em experiências de fusão confinamento inercial.

Neodímio também é utilizado com vários outros substratos de cristais, tais como ítrio alumínio no laser Nd: YAG. Este laser geralmente emite ondas infravermelhas em um comprimento de onda de cerca de 1.064 nanômetros. O laser Nd: YAG é um dos mais usados ​​lasers de estado sólido.

Outro uso chefe de neodímio é como o elemento puro livre. Ele é usado como um componente nas ligas utilizadas para fazer de alta resistência imãs de neodímio. Poderosos imãs permanentes. Estes imãs são amplamente utilizados em produtos como microfones, alto-falantes profissionais, fones de ouvido e discos rígidos de computador, onde são necessários baixa massa imã ou o volume, ou campos magnéticos fortes. Maiores ímãs de neodímio são usados ​​em alta potência contra peso motores elétricos (por exemplo, em carros híbridos) e geradores (por exemplo, aviões e turbinas eólicas geradores elétricos).

Propriedades físicas

Neodímio, uma terra rara metal, estava presente no clássico de metal misto a uma concentração de cerca de 18%. Neodímio metálico tem um brilho metálico prateado brilhante, mas como um dos mais reativos lantanídeos metais de terras raras, rapidamente se oxida no ar comum. O óxido de camada que se forma depois descasca, e isso expõe o metal para promover a oxidação. Assim, uma amostra de tamanho centímetros de neodímio-oxida completamente dentro de um ano.

Neodímio comumente existe em duas alotrópicas formas, com uma transformação de um hexagonal duplo para um cúbico de corpo centrado estrutura ocorrendo em cerca de 863° Celsius.

Propriedades químicas 

Neodímio metais mancha lentamente no ar e queima-se rapidamente a cerca de 150 ° C para formar o neodímio (III), óxido de:

O neodímio é um elemento muito eletropositivo e reage lentamente com água fria, mas muito rapidamente com água quente para formar neodímio (III) hidróxido:

Compostos 

Compostos de neodímio.

• Halogenetos: neodímio (III) flúor – NDF ₃; neodímio (III) – NDCL ₃; neodímio (III) brometo – NDBR ₃; neodímio (III) iodeto – NDI ₃
• Óxidos: neodímio (III) óxido – Nd ₂ O ₃
• Sulfetos: neodímio (II) sulfeto – NDS, neodímio (III) sulfeto – Nd ₂ S ₃
• Nitretos: neodímio (III) nitreto – NdN
• Hidróxido de: neodímio (III) hidróxido – Nd (OH) ₃
• Fosfeto: neodímio fosfeto – PDN
• Carboneto: neodímio (III) carboneto – Nd ₄ C ₃
• Nitrato: neodímio (III) de nitrato – Nd (NO ₃) ₃
• Sulfato: neodímio (III) sulfato – Nd ₂ (SO ₄) ₃

Alguns compostos de neodímio têm cores que variam com base no tipo de iluminação.

Isótopos 

Naturalmente neodímio ocorrendo é uma mistura de cinco estáveis ​​isótopos, ¹⁴² Nd, ¹⁴³ Nd, ¹⁴⁵ Nd, ¹⁴⁶ Nd e ¹⁴⁸ Nd, com ¹⁴² Nd, sendo o mais abundante (27,2% da abundância natural), e dois radioisótopos, ¹⁴⁴ Nd e ¹⁵⁰ Nd. Ao todo, 31 radioisótopos do neodímio foram detectados a partir de 2010, com os radioisótopos mais estáveis ​​sendo os que ocorrem naturalmente: ¹⁴⁴ Nd (decaimento alfa com uma meia-vida (T _½) de 2,29 × 10 ¹⁵ anos) e ¹⁵⁰ Nd (decaimento beta duplo, t _½ = 7 × 10 ¹⁸ anos, aproximadamente). Todos os demais radioativos isótopos têm meia-vida que são mais curtos do que 11 dias, e a maioria destes com meias-vidas mais curtas de 70 segundos. Neodímio também tem 13 conhecidos estados, sendo o mais estável o ^139 m Nd (t _½= 5,5 horas), ^135 m Nd (t _½ = 5,5 minutos) e ^133 m 1 Nd (T _½ ~ 70 segundos).

Os principais modos de decaimento antes do isótopo estável mais abundante, ¹⁴² Nd, são de captura de elétrons e pósitrons decadência, e o primeiro modo após é a emissão beta menos. Os principais produtos de decaimento antes do ¹⁴² Nd são elemento Pr (praseodímio) isótopos e os primeiros produtos após são elemento Pm (promécio) isótopos.

História

Neodímio foi descoberto por Baron Carl Auer von Welsbach , austríaco químico , em Viena , em 1885. Separou neodímio, bem como o elemento de praseodímio, a partir de um material conhecido como didímio por meio de cristalização fraccionada dos duplos tetrahydrates de nitrato de amónio de ácido nítrico, enquanto que após a separação por meio de espectroscopia de análise; no entanto, não foi isolado na forma relativamente pura até 1925. Neodímio O nome é derivado das palavras gregas neos (νέος), novas e didymos(διδύμος), gêmeo.

Duplo cristalização nitrato foi o meio de purificação de neodímio comercial até 1950. Lindsay Divisão Química foi a primeira a comercializar em larga escala de purificação de troca iônica de neodímio. A partir de 1950, de alta pureza (acima de 99%) de neodímio foi obtida principalmente através de uma troca iônica processo de monazita, um mineral rico em elementos de terras raras. O próprio metal é obtido através da eletrólise dos seus iodetos sais. Atualmente, mais de neodímio é extraído bastnäsite, (Ce, La, Nd, Pr) CO ₃ F, e purificado por extração com solvente. Purificação de troca iônica é reservado para preparar os mais altos graus de pureza (tipicamente> 99,99%). A tecnologia em evolução e melhoria da pureza do óxido de neodímio disponível comercialmente, se refletiu no aparecimento de vidro de neodímio que reside em coleções hoje. Óculos de neodímio iniciais feitas na década de 1930 tem uma matriz mais avermelhada ou alaranjada do que versões modernas que são mais roxas, devido ás dificuldades em remover os últimos vestígios de praseodímio na época em que a tecnologia de fabricação invocado cristalização fracionada.

Ocorrência e produção

Neodímio não é encontrado na natureza, como o elemento livre, mas em vez disso ocorre em minérios, tais como monazite e bastnäsite que contêm pequenas quantidades de todos os metais de terras raras. As principais áreas de mineração estão na China, Estados Unidos, Brasil, Índia, Sri Lanka e Austrália. As reservas de neodímio são estimadas em cerca de oito milhões de toneladas. Embora ela pertence aos metais de terras raras, de neodímio não é raro em tudo. Sua abundância na Terra crosta é de cerca de 38 mg / kg, que é o segundo maior entre os elementos de terras-raras, seguindo sério . A produção mundial de neodímio foi de cerca de 7.000 toneladas em 2004. A maior parte da produção atual é da China, cujo governo impôs recentemente controles materiais estratégicos no elemento, levantando algumas preocupações nos países consumidores e causando disparada dos preços de neodímio e outros metais de terras raras. A partir do final de 2011, 99% de neodímio puro foi negociado nos mercados mundiais de EUA $ 300-350 por quilograma, abaixo do pico de meados de 2011, de US $ 500/kg.

O neodímio é tipicamente 10-18% do conteúdo de terras raras de depósitos comerciais da luz terras raras elementos minerais monazita e monazita. Com os compostos de neodímio é o mais fortemente coloridas para os lantanídeos, que a porcentagem de neodímio pode ocasionalmente dominam a coloração de terras raras minerais quando cromóforos concorrentes estão ausentes. Geralmente dá uma coloração rosa. Exemplos notáveis ​​disto incluem cristais de monazita dos estanho depósitos em Llallagua ,Bolívia ; ancylite de Mont Saint-Hilaire , Quebec , Canadá ; ou lanthanite do Vale Saucon , Pensilvânia , EUA. Tal como acontece com óculos de neodímio, tais minerais mudar suas cores de acordo com as condições de iluminação diferentes. As bandas de absorção de neodímio interagir com o visível espectro de emissão de vapor de mercúrio, com a luz UV de ondas curtas não filtrada causando minerais contendo neodímio para refletir uma cor verde característica. Isso pode ser observado com areias monazíticas ou contendo minério contendo bastnasita.

Aplicações

• Neodímio tem uma invulgarmente grande específica capacidade de calor em temperaturas de hélio líquido, por isso é útil em cryocoolers

• Provavelmente por causa das semelhanças de Ca ^{2 +} , Nd ^{3 +} foi relatada para promover o crescimento da planta. Compostos raros elemento Terra são frequentemente usados ​​na China como fertilizantes .

• Samário-neodímio namoro é útil para determinar as relações de idade das rochas e meteoritos.

• O tamanho e a força de erupção vulcânica pode ser previsto pela digitalização de neodímio isótopos. Pequenas e grandes erupções vulcânicas pode produzir lava com a composição de isótopos de neodímio diferente. A partir da composição de isótopos, os cientistas prever como grande erupção que vem será, e usar esta informação para alertar os moradores da intensidade da erupção.

Ímãs

Ímãs de neodímio (na verdade, uma liga, Nd ₂ Fe ₁₄ B) são os mais fortes

permanentes ímãs conhecidos. Um ímã de neodímio de alguns gramas pode levantar milhares de vezes seu próprio peso. Estes ímãs são mais baratos, mais leves e mais fortes do que o samário-cobalto ímãs. No entanto, eles não são superiores em todos os aspectos, como à base de neodímio perde seu magnetismo em temperaturas elevadas e tendem a ferrugem, enquanto samário-cobalto ímãs não.

Ímãs de neodímio aparecem em produtos como microfones, profissionais alto-falantes, in-ear fones de ouvido, guitarra e guitarra pick-ups e computador discos rígidos onde baixa massa, volume pequeno, ou campos magnéticos fortes são necessários. Motores elétricos ímã de neodímio também foram responsáveis ​​pelo desenvolvimento de aeronaves modelo puramente elétrico dentro da primeira década do século 21, a ponto de que estes estão deslocando combustão interna modelos movidos internacionalmente. Da mesma forma, devido a esta capacidade magnética de alta por peso, neodímio é usado em motores elétricos de automóveis híbridos e elétricos, e nos geradores de eletricidade de alguns projetos de turbinas eólicas comerciais (apenas turbinas eólicas com geradores “ímã permanente” usam neodímio). Por exemplo, a unidade de motores elétricos de cada Toyota Prius exige um kg (2,2 libras) de neodímio por veículo.

Neodímio dopado lasers

Certos materiais transparentes com uma pequena concentração de neodímio íons pode ser usado em lasers como meios de ganho para os comprimentos de onda de infravermelhos (1054-1064 nm), por exemplo, de (granada de itrio de alumínio), Nd: YLF (fluoreto de lítio de ítrio), Nd: YVO ₄ (ortovanadato ítrio), e Nd: vidro. Cristais dopados com neodímio (Nd tipicamente: YVO ₄) gerar feixes de laser infravermelho de alta potência que são convertidos em luz laser verde em comerciais DPSS lasers portáteis e ponteiros laser .

O laser atual no Reino Unido Atomic Weapons Establishment (AWE), a HELEN (High

Energy Laser Embodying neodímio) 1 – terawatt laser de neodímio-vidro, pode acessar os pontos médios das regiões de pressão e temperatura e é usado para adquirir dados para a modelagem de como densidade, temperatura e pressão interagir dentro ogivas. HELEN pode criar plasmas de cerca de 10 ⁶ K, a partir do qual a opacidade e transmissão de radiação são medidos.

Energy Laser Embodying neodímio) 1 – terawatt laser de neodímio-vidro, pode acessar os pontos médios das regiões de pressão e temperatura e é usado para adquirir dados para a modelagem de como densidade, temperatura e pressão interagir dentro ogivas. HELEN pode criar plasmas de cerca de 10 ⁶ K, a partir do qual a opacidade e transmissão de radiação são medidos.

Vidro de neodímio lasers de estado sólido são usados ​​em extremamente alta potência ( terawatt escala), de alta energia ( megajoules vários sistemas de feixe para) fusão por confinamento inercial . Nd: lasers de vidro são geralmente frequência triplicou ao terceiro harmônico em 351 nm em dispositivos de fusão a laser.

Vidro de neodímio para outras aplicações

Neodímio vidro (Nd: vidro) é produzido através da inclusão de óxido de neodímio (Nd ₂ O ₃)

Em vidro fundido. Normalmente, durante o dia ou incandescente de vidro luz neodímio aparece lavanda, mas parece azul pálido sob fluorescente iluminação. Neodímio pode ser usado para cor de vidro em tons delicados que variam de puro violeta através de cinza e vermelho-vinho quente.

O primeiro uso comercial de neodímio purificado foi na coloração de vidro, começando com experimentos de Leo Moser, em novembro de 1927. O vidro “Alexandrite” resultante permanece a cor da assinatura das vidrarias Moser até hoje. Vidro de neodímio foi amplamente copiado em 1930 por estufas americanas, principalmente Heisey, Fostoria (“glicínias”), Cambridge (“heatherbloom”) e Steuben (“glicínias”), e em outros lugares (por exemplo, Lalique, na França, ou Murano). “Twilight” de Tiffin permaneceu em produção a partir de aproximadamente 1950 a 1980. Fontes atuais incluem fabricantes de vidro na República Checa, Estados Unidos e China.

As bandas de absorção afiadas de neodímio causar a cor de vidro para mudar sob diferentes condições de iluminação, sendo vermelho-púrpura sob a luz do dia ou o amarelo luz incandescente, mas azul sob branca iluminação fluorescente, ou esverdeada sob luz trichromatic. Este fenômeno de mudança de cor é altamente valorizado pelos colecionadores. Em combinação com ouro ou selênio, belas cores vermelhas resultar. Desde

neodímio coloração depende de ” proibido “transições ff profundo dentro do átomo, há relativamente pouca influência sobre a cor do ambiente químico, assim que a cor é impermeável à história térmica do vidro. No entanto, para a melhor cor, ferro contendo impurezas devem ser minimizados na sílica utilizada para fazer o vidro. A mesma natureza proibida das transições ff faz terras raras corantes menos intenso do que os fornecidos pela maioria dos elementos de transição d-, de modo que mais tem que ser utilizado num vidro para atingir a intensidade de cor desejada. A receita Moser original é usada cerca de 5% de óxido de neodímio no fundido de vidro, uma quantidade suficiente de tal modo que estes Moser referido como sendo de “terra rara” vidros dopados. Sendo uma base forte, que o nível de neodímio teria afetado as propriedades de fusão do vidro, e a cal conteúdo do copo pode ter tido que ser ajustada em conformidade.

Luz transmitida através de óculos de neodímio mostra extraordinariamente nítidas bandas de absorção; o vidro em astronomia trabalha para produzir bandas nítidas pelo que as linhas espectrais podem sem calibradas.

Neodímio é também usado para remover a cor verde causada pelos ferros contaminantes de vidro. O neodímio é um componente do ” didímio “(referindo-se a mistura de sais de neodímio e praseodímio) usado para coloração de vidro para fazer soldador ‘s e óculos de proteção do soprador de vidro; as bandas de absorção afiadas obliterar a emissão de sódio forte a 589 nm.

Neodímio e vidro didímio são usados ​​em filtros de reforço de cor em fotografia interior, particularmente em filtrar os tons amarelos de iluminação incandescente.

Da mesma forma, o vidro de neodímio está se tornando amplamente usado mais diretamente em lâmpadas incandescentes. Estas lâmpadas contêm neodímio no vidro para filtrar a luz amarela, resultando em uma luz mais branca que é mais parecido com a luz solar.

Neodímio foi patenteada para uso em automóveis espelhos retrovisores, para reduzir o brilho da noite.

Semelhante à utilização nos vidros, sais de neodímio são usados ​​como um corante para esmaltes.

Precauções

Pó de neodímio de metal é uma combustão e explosão. Os compostos de neodímio, como com todos os metais de terras raras, são de baixa a moderada toxicidade; no entanto a sua toxicidade não foi completamente investigada. Pó de neodímio e sais são muito irritantes para os olhos e das membranas mucosas, e moderadamente irritante para a pele. Respirar o pó pode causar pulmão embolias e danos de exposição acumulada no fígado. Neodímio também atua como um anticoagulante, especialmente quando administrado por via intravenosa.

Ímãs de neodímio foram testados para usos médicos, tais como cintas magnéticas e reparação óssea, mas biocompatibilidade questões impediram aplicação generalizada. Imãs comercialmente disponíveis feitos de neodímio são excepcionalmente fortes, e podem atrair-se a partir de grandes distâncias. Se não for tratada com cuidado, eles vêm juntos muito rapidamente e com força, causando ferimentos. Por exemplo, existe pelo menos um caso documentado de uma pessoa a perda de um dedo quando dois ímans que utilizava encaixado conjuntamente a partir de 50 cm.

Fonte:  http://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium