Neodymium

El neodimio es un elemento químico con el símbolo Nd y número atómico 60. Ocupa el cuarto lugar en la serie de los lantánidos y pertenece a los metales de tierras raras. Este metal duro y ligeramente maleable tiene una apariencia plateada, pero rápidamente desarrolla un deslustre cuando se expone al aire y la humedad. Al oxidarse, produce compuestos de color rosa, púrpura-azul y amarillo, casi siempre en el estado de oxidación +3, aunque existen formas +2 y +4 muy raras y reactivas. Su espectro se considera uno de los más complejos entre los elementos. Descubierto en 1885 por el químico austriaco Carl Auer von Welsbach (quien también descubrió el praseodimio), el neodimio no se encuentra en la naturaleza como metal puro ni sin mezclar con otros lantánidos. Aparece en cantidades significativas en los minerales monacita y bastnasita, y es aproximadamente tan común en la corteza terrestre como el cobalto, el níquel o el cobre. La mayor parte del neodimio comercial se extrae en China, como ocurre con muchos metales de tierras raras. Los compuestos de neodimio tuvieron su primer uso comercial como colorantes para vidrio en 1927 y siguen siendo populares. El color, típicamente rojizo-púrpura, proviene del ion Nd³⁺ y cambia bajo diferentes iluminaciones debido a las interacciones entre las estrechas bandas de absorción del neodimio y la luz ambiental enriquecida con bandas de emisión de mercurio, europio o terbio. Los vidrios dopados con neodimio se utilizan en láseres que emiten luz infrarroja entre 1046 y 1062 nanómetros, empleados en aplicaciones de alta potencia como la fusión por confinamiento inercial. También aparece en otros sustratos cristalinos, como el granate de itrio y aluminio en los láseres Nd:YAG. Las aleaciones de neodimio producen imanes permanentes de alta resistencia, ampliamente utilizados en micrófonos, altavoces profesionales, auriculares intrauditivos, motores DC de hobby de alto rendimiento y discos duros de computadora donde se requiere una baja masa magnética o campos fuertes. Los imanes de neodimio más grandes alimentan motores eléctricos con altas relaciones potencia-peso, como en los coches híbridos, y generadores en aeronaves y turbinas eólicas. El neodimio metálico tiene un brillo plateado y lustroso. Comúnmente existe en dos formas alotrópicas, pasando de hexagonal doble a cúbica centrada en el cuerpo a unos 863 °C. Como la mayoría de los lantánidos, es paramagnético a temperatura ambiente, volviéndose antiferromagnético por debajo de 20 K (−253,2 °C). Por debajo de esto, muestra fases magnéticas complejas con largos tiempos de relajación de espín y comportamiento de vidrio de espín. El neodimio constituía aproximadamente el 18% del mischmetal clásico. Para los imanes, se alea con hierro, un ferromagnético. Como el cuarto lantánido, el neodimio se sitúa entre el praseodimio y el prometio radiactivo, por encima del uranio. Sus 60 electrones se organizan como [Xe]4f⁴6s², con seis electrones de valencia de los orbitales 4f y 6s. Como la mayoría de los lantánidos, normalmente usa solo tres electrones de valencia porque los electrones 4f restantes están fuertemente unidos: los orbitales 4f penetran en el núcleo de xenón más profundamente, seguidos por 5d y 6s, con un aumento de la unión a mayor carga iónica. El neodimio puede perder un cuarto electrón porque aparece temprano en los lantánidos, donde la carga nuclear es lo suficientemente baja y la energía de la subcapa 4f lo suficientemente alta. El neodimio se funde a 1024 °C y hierve a 3074 °C. Su estado de oxidación habitual es +3, pero existen formas +2 y +4, y muy raramente +0. El metal se oxida rápidamente a temperatura ambiente, formando una capa de óxido escamosa como el óxido de hierro; una muestra de un centímetro se corroe completamente en aproximadamente un año. El Nd³⁺ es generalmente soluble en agua. Al igual que el praseodimio, se quema fácilmente a unos 150 °C para formar óxido de neodimio(III), que se desprende y expone más metal: 4 Nd + 3 O₂ → 2 Nd₂O₃. Es electropositivo, reacciona lentamente con agua fría y rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de neodimio(III): 2 Nd(s) + 6 H₂O(l) → 2 Nd(OH)₃(ac) + 3 H₂(g). Reacciona vigorosamente con todos los halógenos estables: con flúor para dar NdF₃ violeta, con cloro para dar NdCl₃ malva, con bromo para dar NdBr₃ violeta y con yodo para dar NdI₃ verde. Se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido, produciendo iones Nd(III) de color lila como complejos [Nd(H₂O)₉]³⁺: 2 Nd(s) + 3 H₂SO₄(ac) → 2 Nd³⁺(ac) + 3 SO₄²⁻(ac) + 3 H₂(g). Los compuestos importantes de neodimio incluyen haluros (NdF₃, NdCl₂, NdCl₃, NdBr₃, NdI₂, NdI₃), el óxido Nd₂O₃, el hidróxido Nd(OH)₃, el carbonato Nd₂(CO₃)₃, el sulfato Nd₂(SO₄)₃, el acetato Nd(CH₃COO)₃ y los imanes de neodimio (Nd₂Fe₁₄B). Algunos compuestos cambian de color bajo diferentes iluminaciones. Estos contienen un enlace neodimio-carbono y se asemejan a otros compuestos organometálicos de lantánidos, caracterizados por una incapacidad para sufrir ciertas reacciones.