Neodymium

O neodímio é um elemento químico com símbolo Nd e número atômico 60. Ocupa a quarta posição na série dos lantanídeos e pertence aos metais de terras raras. Este metal duro e ligeiramente maleável tem aparência prateada, mas desenvolve rapidamente uma camada de oxidação quando exposto ao ar e à umidade. Quando oxida, produz compostos nas cores rosa, azul-púrpura e amarelo, quase sempre no estado de oxidação +3, embora existam formas muito raras e reativas +2 e +4. Seu espectro é considerado um dos mais complexos entre os elementos. Descoberto em 1885 pelo químico austríaco Carl Auer von Welsbach (que também descobriu o praseodímio), o neodímio não é encontrado naturalmente como metal puro ou sem estar misturado com outros lantanídeos. Ocorre em quantidades significativas nos minerais monazita e bastnasita, e é aproximadamente tão comum na crosta terrestre quanto o cobalto, o níquel ou o cobre. A maior parte do neodímio comercial é extraída na China, como acontece com muitos metais de terras raras. Os compostos de neodímio tiveram seu primeiro uso comercial como corantes para vidro em 1927 e continuam populares. A cor, tipicamente vermelho-púrpura, vem do íon Nd³⁺ e muda sob diferentes condições de iluminação devido às interações entre as bandas de absorção estreitas do neodímio e a luz ambiente enriquecida com bandas de emissão de mercúrio, európio ou térbio. Vidros dopados com neodímio são usados em lasers que emitem luz infravermelha entre 1046 e 1062 nanômetros, empregados em aplicações de alta potência, como a fusão por confinamento inercial. Também aparece em outros substratos cristalinos, como o granada de ítrio e alumínio nos lasers Nd:YAG. As ligas de neodímio produzem ímãs permanentes de alta resistência, amplamente utilizados em microfones, alto-falantes profissionais, fones de ouvido intra-auriculares, motores DC de hobby de alto desempenho e discos rígidos de computador, onde são necessárias baixa massa magnética ou campos fortes. Ímãs maiores de neodímio alimentam motores elétricos com altas relações potência-peso, como em carros híbridos, e geradores em aeronaves e turbinas eólicas. O neodímio metálico tem um brilho prateado intenso. Geralmente existe em duas formas alotrópicas, passando de hexagonal dupla para cúbica de corpo centrado a cerca de 863 °C. Como a maioria dos lantanídeos, é paramagnético à temperatura ambiente, tornando-se antiferromagnético abaixo de 20 K (−253,2 °C). Abaixo disso, apresenta fases magnéticas complexas com longos tempos de relaxação de spin e comportamento de vidro de spin. O neodímio constituía cerca de 18% do mischmetal clássico. Para ímãs, é ligado ao ferro, um ferromagneto. Como o quarto lantanídeo, o neodímio situa-se entre o praseodímio e o promécio radioativo, acima do urânio. Seus 60 elétrons estão organizados como [Xe]4f⁴6s², com seis elétrons de valência dos orbitais 4f e 6s. Como a maioria dos lantanídeos, normalmente usa apenas três elétrons de valência porque os elétrons 4f restantes estão fortemente ligados — os orbitais 4f penetram mais profundamente no núcleo de xenônio, seguidos pelos 5d e 6s, com a ligação aumentando em carga iônica mais alta. O neodímio pode perder um quarto elétron porque aparece no início dos lantanídeos, onde a carga nuclear é baixa o suficiente e a energia do subnível 4f é alta o suficiente. O neodímio derrete a 1.024 °C e ferve a 3.074 °C. Seu estado de oxidação usual é +3, mas existem formas +2 e +4, e muito raramente +0. O metal oxida rapidamente à temperatura ambiente, formando uma camada de óxido escamosa como a ferrugem do ferro; uma amostra de um centímetro corrói completamente em cerca de um ano. Nd³⁺ é geralmente solúvel em água. Como o praseodímio, queima facilmente a cerca de 150 °C para formar óxido de neodímio(III), que descasca e expõe mais metal: 4 Nd + 3 O₂ → 2 Nd₂O₃. É eletropositivo, reagindo lentamente com água fria e rapidamente com água quente para formar hidróxido de neodímio(III): 2 Nd(s) + 6 H₂O(l) → 2 Nd(OH)₃(aq) + 3 H₂(g). Reage vigorosamente com todos os halogênios estáveis: com flúor para dar NdF₃ violeta, cloro para NdCl₃ malva, bromo para NdBr₃ violeta e iodo para NdI₃ verde. Dissolve-se prontamente em ácido sulfúrico diluído, produzindo íons Nd(III) lilases como complexos [Nd(H₂O)₉]³⁺: 2 Nd(s) + 3 H₂SO₄(aq) → 2 Nd³⁺(aq) + 3 SO₄²⁻(aq) + 3 H₂(g). Compostos importantes de neodímio incluem halogenetos (NdF₃, NdCl₂, NdCl₃, NdBr₃, NdI₂, NdI₃), óxido Nd₂O₃, hidróxido Nd(OH)₃, carbonato Nd₂(CO₃)₃, sulfato Nd₂(SO₄)₃, acetato Nd(CH₃COO)₃ e ímãs de neodímio (Nd₂Fe₁₄B). Alguns compostos mudam de cor sob diferentes iluminações. Estes contêm uma ligação neodímio-carbono e se assemelham a outros organometálicos de lantanídeos, caracterizados pela incapacidade de sofrer certas reações.