Le néodyme est un élément chimique avec le symbole Nd et le numéro atomique 60. C'est un métal doux et argenté qui se ternit à l'air. Il a été découvert en 1885 par le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach. La substance est présente en quantités importantes dans les gisements de sable de monazite et dans la bastnäsite minérale.
Histoire
Le néodyme, un métal de terre rare, a été découvert par le chimiste autrichien Baron Karl Auer von Welsbach à Vienne en 1885. Le scientifique a isolé une nouvelle substance (ainsi que l'élément praséodyme) à partir d'un matériau connu sous le nom de didymium par cristallisation fractionnée de nitrate d'ammonium double tétrahydraté à partir d'acide nitrique, après séparation par analyse spectroscopique. Cependant, jusqu'en 1925, il n'était pas possible d'obtenir l'élément dans sa forme la plus pure.
Jusqu'à la fin des années 1940, la principale méthode commerciale de production de métal était la double cristallisation des nitrates. La méthode est inefficace et la quantité de substance obtenue était faible. Lindsay Chemical Division a été la première à lancer la production à grande échelle de néodymeméthode de purification par échange d'ions. Depuis les années 1950, l'élément hautement purifié (plus de 99 %) est principalement produit par un procédé d'échange d'ions à partir de monazite riche en terres rares par électrolyse de ses sels d'halogénure.
Actuellement, la plupart du néodyme métallique est extrait du bastnäsite. Les progrès technologiques et le développement de méthodes de nettoyage améliorées l'ont rendu largement utilisé dans l'industrie.
Description
L'élément chimique n'existe pas naturellement sous forme métallique, il est séparé de la substance didyme, dans laquelle il est mélangé avec d'autres lanthanides (en particulier avec le praséodyme). Bien que le néodyme soit classé comme un métal de terre rare, il s'agit d'un élément assez commun, présent au moins aussi souvent que le cob alt, le nickel ou le cuivre, et largement distribué dans la croûte terrestre. La majeure partie de la substance provient de Chine.
Les composés de néodyme ont été utilisés pour la première fois dans le commerce comme colorants pour le verre en 1927 et restent un additif populaire dans les verres de lunettes. La couleur des composés de néodyme due à la présence d'ions Nd3+ a souvent une teinte rouge violacée, mais celle-ci varie selon le type d'éclairage.
Demande
Les lentilles dopées au Ndodymium sont utilisées dans les lasers qui émettent un rayonnement infrarouge avec des longueurs d'onde comprises entre 1047 et 1062 nanomètres. Ils sont utilisés dans des systèmes à très haute puissance, par exemple dans des expériences sur l'inertieconfinement.
Nd:métal est également utilisé avec d'autres cristaux (tels que le grenat d'yttrium et d'aluminium) dans les lasers Nd:YAG. Cette configuration émet généralement des rayons infrarouges avec une longueur d'onde d'environ 1064 nm. C'est l'un des lasers à semi-conducteurs les plus couramment utilisés.
Une autre utilisation importante du métal néodyme est comme composant de renforcement dans les alliages utilisés pour fabriquer des aimants permanents puissants et à haute résistance. Ils sont largement utilisés dans des produits tels que les microphones, les haut-parleurs professionnels, les écouteurs intra-auriculaires, les moteurs à courant continu haute performance, les disques durs d'ordinateur, où une faible masse magnétique (volume) ou des champs magnétiques puissants sont nécessaires.
Les grands aimants en néodyme sont utilisés dans les moteurs électriques de grande puissance et poids (par exemple, les voitures hybrides) et les générateurs (par exemple, les générateurs électriques des avions et des parcs éoliens). En outre, l'élément est utilisé pour durcir certains alliages. Par exemple, le titane devient une fois et demie plus résistant après avoir ajouté seulement 1,5 % de cette substance.
Propriétés physiques
Le néodyme métallique est présent dans le mischmétal classique (un alliage d'éléments de terres rares), où sa concentration est généralement de l'ordre de 18 %. Dans sa forme pure, l'élément a un éclat métallique argent-or brillant, mais s'oxyde rapidement à l'air ordinaire. Une couche d'oxyde se forme et s'écaille, exposant le métal à une oxydation supplémentaire. Ainsi,Un échantillon d'un centimètre de la substance est complètement oxydé en un an.
Le néodyme existe généralement sous deux formes allotropiques, avec une transformation centre à centre à partir d'une structure cubique double hexagonale. Il commence à fondre à 1024°C et à bouillir à 3074°C. La masse volumique de la matière à l'état solide est de 7,01 g/cm3, à l'état liquide de 6,89 g/cm3.
Propriétés atomiques:
- État d'oxydation: +4, +3, +2 (oxyde basique).
- Électronégativité: 1, 14 (échelle d'interrogation).
- Conduction thermique: 16,5 W/(m·K).
- Énergie d'ionisation: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Rayon d'un atome: 181 picomètres.
Propriétés chimiques
Le néodyme métallique se ternit lentement à l'air et brûle facilement à environ 150 °C pour former de l'oxyde de néodyme(III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Ceci est un élément électropositif. Il réagit lentement avec l'eau froide, mais assez rapidement avec l'eau chaude, formant de l'hydroxyde de néodyme (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Le métal réagit vigoureusement avec tous les halogènes, se dissout facilement dans l'acide sulfurique dilué pour former des solutions contenant l'ion violet Nd(III).
Production
Le néodyme métallique n'est jamais un élément libre dans la nature. Il est extrait de minerais tels quebastnäsite et monazite, dans laquelle il est associé à d'autres lanthanides et à d'autres éléments. Les principales zones d'extraction de ces minéraux sont situées en Chine, aux États-Unis, au Brésil, en Inde, au Sri Lanka et en Australie. De petits gisements ont également été explorés en Russie.
Les réserves de néodyme sont estimées à environ 8 millions de tonnes. Sa concentration dans la croûte terrestre est d'environ 38 mg/kg, ce qui est la deuxième plus élevée parmi les éléments de terres rares après le cérium. La production mondiale de métal est d'environ 7000 tonnes. L'essentiel de la production appartient à la Chine. Le gouvernement de la RPC a récemment reconnu l'importance stratégique de l'élément et a imposé des restrictions à son exportation, provoquant une certaine inquiétude dans les pays consommateurs et provoquant une forte augmentation du prix du néodyme à 500 dollars. Aujourd'hui, le prix moyen du kilogramme de métal pur varie entre 300 et 350 $, les oxydes de néodyme sont moins chers: 70-130 $.
Il y a des cas où la valeur du métal est tombée à 40 $ en raison du commerce illégal, contournant les restrictions du gouvernement chinois. Les incertitudes en matière de prix et de disponibilité ont conduit les entreprises japonaises à développer des aimants permanents et des moteurs électriques associés avec moins ou pas d'éléments de terres rares.
