Neodimio

Neodimio
; 60	Nd
Aspetto
	Aspetto dell'elementobianco argenteo
	Linea spettrale; Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	neodimio, Nd, 60
Serie	lantanidi
Gruppo, periodo, blocco	—, 6, f
Densità	6 800 kg/m³
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	5I4
Proprietà atomiche
Peso atomico	144,24
Raggio atomico (calc.)	181 pm
Raggio covalente	201±6 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f46s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 22, 8, 2
Stati di ossidazione	3 (debolmente basico)
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	1 297 K (1 024 °C)
Punto di ebollizione	3 347 K (3 074 °C)
Volume molare	20,59×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	273 kJ/mol
Calore di fusione	7,14 kJ/mol
Tensione di vapore	6,03×10−3 Pa a 2890 K
Velocità del suono	2330 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-00-8
Elettronegatività	1,14 (scala di Pauling)
Calore specifico	190 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	1,57×106/m·Ω
Conducibilità termica	16,5 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	533,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 040 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 130 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	3 900 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso: isotopo; NA: abbondanza in natura; TD: tempo di dimezzamento; DM: modalità di decadimento; DE: energia di decadimento in MeV; DP: prodotto del decadimento

Il neodimio è l'elemento chimico di numero atomico 60 e il suo simbolo è Nd.

Caratteristiche

Il neodimio è un metallo appartenente al gruppo delle terre rare, o lantanidi, presente nella lega chiamata mischmetal fino al 18%.

È un metallo d'aspetto argenteo e lucente; tuttavia, essendo uno dei lantanidi più reattivi, si ossida rapidamente all'aria coprendosi di una patina di ossido che, desquamandosi, espone all'azione ossidante dell'aria nuovi strati di metallo.

Applicazioni

Tra gli usi del neodimio si annoverano:

Come componente del didimio, utilizzato per la colorazione degli occhiali e degli schermi per saldatori.
Negli auricolari ergonomici in cui la presenza di magneti in neodimio offre una qualità sonora eccellente.
L'utilizzo come colorante per vetri consente di ottenere delicate tonalità che variano dal violetto al rosso-vino sino a tonalità calde di grigio. L'assorbimento di tali vetri presenta picchi di assorbimento particolarmente stretti. Questi vetri sono utilizzati per produrre filtri per osservazioni astronomiche, calibrando le bande dello spettro di assorbimento. Il neodimio consente di compensare il colore verde dei vetri, impartito dal ferro come contaminante.
Come drogante viene utilizzato in alcuni materiali trasparenti impiegati nei laser all'infrarosso (1054-1064 nm); fra questi, il granato di ittrio e alluminio (Nd:YAG), il fluoruro di ittrio e litio (Nd: YLF), il vanadato di ittrio (Nd: YVO) e nei vetri al neodimio (Nd: glass). Questi ultimi sono usati per costruire i laser a impulsi più potenti del mondo, in grado di fornire potenze dell'ordine dei TW per ogni singolo impulso; gruppi di questi laser vengono usati negli esperimenti di fusione nucleare per ottenere il confinamento inerziale dell'idrogeno.
I sali di neodimio sono usati come coloranti per smalti.
Il neodimio viene utilizzato per produrre magneti permanenti Nd₂Fe₁₄B ad elevata coercitività. Questi materiali sono meno costosi dei magneti al samario-cobalto e vengono anche utilizzati nella produzione di auricolari.
Probabilmente a causa di affinità con Ca²⁺, è stato citato l'utilizzo di Nd³⁺ come agente di crescita per le piante:^[1] in Cina è frequente l'utilizzo di composti delle terre rare come fertilizzanti.
Viene utilizzato per la produzione di altoparlanti di qualità per riprodurre fedelmente le frequenze più alte, ad esempio i tweeter al neodimio si caratterizzano per l'elevata brillantezza del suono.
Viene utilizzato nella produzione di componenti magnetici di diversi tipi di microfoni professionali per la sua particolare struttura magnetica che assicura una maggiore sensibilità, un miglior rapporto segnale/rumore e una gamma estesa delle frequenze con "alti" limpidi.

Storia

Il neodimio è stato scoperto dal chimico austriaco barone Carl Auer von Welsbach a Vienna nel 1885. Auer von Welsbach tramite un'analisi spettroscopica individuò il neodimio nel didimio insieme al praseodimio, tuttavia l'elemento non fu isolato in forma pura fino al 1925. Il nome deriva dalle parole greche neos, nuovo, e didimos, gemello.

Oggi il neodimio viene ottenuto tramite un processo di scambio ionico dalle sabbie di monazite ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄), un minerale ricco di elementi appartenenti alla classe dei lantanidi, e per elettrolisi dei suoi sali alogenati.

Disponibilità

Il neodimio non si trova mai in natura allo stato nativo; si rinviene invece in minerali quali la sabbia di monazite ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄) e la bastnasite ((Ce,La,Th,Nd,Y)(CO₃)F), nonché nel mischmetal.

La sua separazione dalle altre terre rare è piuttosto difficoltosa.

Composti

Tra i composti del neodimio si hanno

Fluoruri

NdF₃

Cloruri

NdCl₂; NdCl₃

Bromuri

NdBr₂; NdBr₃

Ioduri

NdI₂; NdI₃

Ossidi

Nd₂O₃

Solfuri

NdS; Nd₂S₃

Selenuri

NdSe

Tellururi

NdTe; Nd₂Te₃

Nitruri

NdN

Isotopi

Il neodimio in natura si presenta come una miscela di cinque isotopi stabili, ¹⁴²Nd, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd e ¹⁴⁸Nd, di cui il 142 è il più abbondante (27,2%), e due isotopi radioattivi, ¹⁴⁴Nd e ¹⁵⁰Nd.

Gli isotopi radioattivi del neodimio sono in totale 31 ed i più stabili sono ¹⁵⁰Nd, con un'emivita di 1,1×10¹⁹anni, ¹⁴⁴Nd (2,29×10¹⁵anni) e ¹⁴⁷Nd (10,98 giorni). Gli altri isotopi hanno emivite inferiori a 3,38 giorni e la maggior parte di essi inferiore ai 71 secondi.

Questo elemento presenta anche 4 stati metastabili, i più stabili sono ^139mNd (emivita di 5,5 ore), ^135mNd (5,5 minuti) e ^141mNd (62,0 secondi).

La principale modalità di decadimento radioattivo degli isotopi fino a ¹⁴²Nd è la cattura elettronica con trasformazione in isotopi del praseodimio; per gli isotopi di massa superiore è il decadimento beta con trasformazione in isotopi del promezio.

Precauzioni

La polvere di neodimio metallico è reattiva all'aria e può incendiarsi spontaneamente.

Come per tutti i lantanidi, i composti del neodimio hanno una tossicità medio-bassa, tuttavia non sono stati condotti studi specifici sulla tossicità del neodimio. La polvere di neodimio ed i suoi sali sono molto irritanti per gli occhi e le mucose e moderatamente irritanti per la pelle. L'inalazione delle polveri può causare embolie polmonari ed un'esposizione prolungata danneggia il fegato. Il neodimio ha anche un effetto anticoagulante sul sangue, specie se somministrato per via endovenosa.

Magneti al neodimio sono stati testati per la realizzazione di supporti per la riparazione delle ossa fratturate, ma problemi di biocompatibilità hanno impedito la diffusione della tecnica.

Note

^ (EN) Youzhang Wei e Xiaobo Zhou, The Effect of Neodymium (Nd³⁺) on Some Physiological Activities in Oilseed Rape during Calcium (Ca²⁺) Starvation, su regional.org.au, Zhejiang, Department of Soil Science & Agro-chemistry.

Bibliografia

Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

Voci correlate

Altri progetti

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Collegamenti esterni

neodimio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
(EN) neodymium / neodymium alloy, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
(EN) Neodimio, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 30 marzo 2005 (archiviato dall'url originale il 19 dicembre 2008).
(EN) Neodimio, su WebElements.com. URL consultato l'8 novembre 2022 (archiviato dall'url originale il 4 marzo 2016).
(EN) Neodimio, su EnvironmentalChemistry.com.
(EN) It's Elemental – Neodymium, su education.jlab.org.
(EN, IT) Magneti in Neodimio: la Legge di Lenz all'opera, su YouTube.

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[1] (EN) Youzhang Wei e Xiaobo Zhou, The Effect of Neodymium (Nd³⁺) on Some Physiological Activities in Oilseed Rape during Calcium (Ca²⁺) Starvation, su regional.org.au, Zhejiang, Department of Soil Science & Agro-chemistry.

[1]