Neodimio

El neodimio es un elemento químico con el símbolo Nd y el número atómico 60. Es el cuarto miembro de la serie de los lantánidos y se considera uno de los metales de tierras raras. Es un metal plateado duro, ligeramente maleable, que se empaña rápidamente con el aire y la humedad. Cuando se oxida, el neodimio reacciona rápidamente para producir compuestos de color rosa, púrpura/azul y amarillo en los estados de oxidación +2, +3 y +4. Generalmente se considera que tiene uno de los espectros más complejos de los elementos.El neodimio fue descubierto en 1885 por el químico austriaco Carl Auer von Welsbach, quien también descubrió el praseodimio. Está presente en cantidades significativas en los minerales monacita y bastnasita. El neodimio no se encuentra naturalmente en forma metálica o sin mezclar con otros lantánidos, y generalmente se refina para uso general. El neodimio es bastante común, casi tan común como el cobalto, el níquel o el cobre, y está ampliamente distribuido en la corteza terrestre. La mayor parte del neodimio comercial del mundo se extrae en China, al igual que muchos otros metales de tierras raras.

Los compuestos de neodimio se usaron comercialmente por primera vez como tintes para vidrio en 1927 y siguen siendo un aditivo popular. El color de los compuestos de neodimio proviene del ion Nd y suele ser de color púrpura rojizo, pero cambia con el tipo de iluminación, debido a la interacción de las bandas de absorción de luz nítidas del neodimio con la luz ambiental enriquecida con las bandas de emisión visibles nítidas del mercurio., europio trivalente o terbio. Los vidrios dopados con neodimio se utilizan en láseres que emiten infrarrojos con longitudes de onda entre 1047 y 1062 nanómetros. Estos láseres se han utilizado en aplicaciones de potencia extremadamente alta, como experimentos en fusión por confinamiento inercial. El neodimio también se utiliza con varios otros cristales de sustrato, como el granate de itrio y aluminio en el láser Nd:YAG.

El neodimio se utiliza en las aleaciones que se utilizan para fabricar imanes de neodimio de alta resistencia, un tipo de imán permanente potente. Estos imanes se utilizan ampliamente en productos como micrófonos, altavoces profesionales, auriculares internos, motores eléctricos de CC para aficionados de alto rendimiento y discos duros de computadora, donde se requiere una masa (o volumen) de imán baja o campos magnéticos fuertes. Los imanes de neodimio más grandes se utilizan en motores eléctricos con una alta relación potencia-peso (p. ej., en automóviles híbridos) y generadores (p. ej., aviones y generadores eléctricos de turbinas eólicas).

Características

Propiedades físicas

El neodimio es el cuarto miembro de la serie de los lantánidos. Tiene un punto de fusión de 1024 °C (1875 °F) y un punto de ebullición de 3074 °C (5565 °F). El neodimio metálico tiene un brillo metálico plateado brillante.

El neodimio existe comúnmente en dos formas alotrópicas, con una transformación de una estructura hexagonal doble a una estructura cúbica centrada en el cuerpo que tiene lugar a unos 863 °C. El neodimio, como la mayoría de los lantánidos, es paramagnético a temperatura ambiente y se convierte en un antiferromagnético al enfriarse a 20 K (−253,2 °C).

Es un metal de tierras raras que estaba presente en el mischmetal clásico en una concentración de alrededor del 18%. Para fabricar imanes de neodimio se alea con hierro, que es un ferroimán.

Configuración electronica

En la tabla periódica, aparece entre los lantánidos praseodimio a su izquierda y el elemento radiactivo prometio a su derecha, y arriba el actínido uranio. Sus 60 electrones están dispuestos en la configuración [Xe]4f 6s. Como la mayoría de los otros metales en la serie de los lantánidos, el neodimio generalmente solo usa tres electrones como electrones de valencia, ya que luego los electrones 4f restantes están fuertemente unidos: esto se debe a que los orbitales 4f penetran más a través del núcleo de electrones de xenón inerte al núcleo, seguidos por 5d y 6s, y esto aumenta con mayor carga iónica. El neodimio aún puede seguir perdiendo un cuarto electrón porque se encuentra temprano en los lantánidos, donde la carga nuclear aún es lo suficientemente baja y la energía de la subcapa 4f es lo suficientemente alta como para permitir la eliminación de más electrones de valencia.

Propiedades químicas

El neodimio, al igual que otros lantánidos, suele tener el estado de oxidación +3, pero también puede formarse en los estados de oxidación +2 y +4 e incluso, en muy raras condiciones, +0. El metal de neodimio se oxida rápidamente en condiciones ambientales, formando una capa de óxido como el óxido de hierro que se descascara y expone el metal a una mayor oxidación; una muestra de neodimio del tamaño de un centímetro se corroe por completo en aproximadamente un año. Al igual que su vecino, el praseodimio, se quema fácilmente a unos 150 °C para formar óxido de neodimio (III); el óxido se despega, exponiendo el metal a granel a una mayor oxidación:4Nd + 3O ₂ → 2Nd ₂ O ₃

El neodimio es un elemento bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría o rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de neodimio (III):2Nd (s) + 6H ₂ O (l) → 2Nd(OH) ₃ (aq) + 3H ₂ (g)

El neodimio metálico reacciona vigorosamente con todos los halógenos estables:2Nd (s) + 3F ₂ (g) → 2NdF ₃ (s) [una sustancia violeta]2Nd (s) + 3Cl ₂ (g) → 2NdCl ₃ (s) [una sustancia malva]2Nd (s) + 3Br ₂ (g) → 2NdBr ₃ (s) [una sustancia violeta]2Nd (s) + 3I ₂ (g) → 2NdI ₃ (s) [una sustancia verde]

El neodimio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen el ion lila Nd(III). Estos existen como complejos [Nd(OH ₂) ₉ ]:2Nd (s) + 3H ₂ SO ₄ (aq) → 2Nd (aq) + 3SO2−4(ac) + 3H ₂ (g)

Compuestos

Algunos de los compuestos de neodimio más importantes incluyen:

• _haluros: NdF3; NdCl2; _{_} NdCl3; _{_} NdBr3; _{_} NdI2; _{_} NDI ₃
• óxidos: Nd ₂ O ₃
• hidróxido: Nd(OH) ₃
• carbonato: Nd ₂ (CO ₃) ₃
• sulfato: Nd ₂ (SO ₄) ₃
• acetato: Nd(CH ₃ COO) ₃
• imanes de neodimio (Nd ₂ Fe ₁₄ B)

Algunos compuestos de neodimio tienen colores que varían según el tipo de iluminación.

• Compuestos de neodimio en la luz de un tubo fluorescente: de izquierda a derecha, el sulfato, el nitrato y el cloruro
• Compuestos de neodimio en la luz de lámparas fluorescentes compactas
• Compuestos de neodimio a la luz del día normal

Compuestos de organoneodimio

Los compuestos de organoneodimio son compuestos que tienen un enlace neodimio-carbono. Estos compuestos son similares a los de los otros lantánidos, caracterizados por la incapacidad de sufrir enlaces posteriores π. Por lo tanto, están restringidos principalmente a los ciclopentadienuros en su mayoría iónicos (isoestructurales con los del lantano) y los alquilos y arilos simples con enlaces σ, algunos de los cuales pueden ser poliméricos.

Isótopos

El neodimio natural (₆₀ Nd) está compuesto por cinco isótopos estables: Nd, Nd, Nd, Nd y Nd, siendo el Nd el más abundante (27,2% de la abundancia natural), y dos radioisótopos con vidas medias extremadamente largas, Nd (desintegración alfa con una vida media (t _1/2) de 2,29 × 10 años) y Nd (desintegración beta doble, t _1/2 ≈ 7 × 10 años). En total, se han detectado 33 radioisótopos de neodimio hasta 2022, siendo los radioisótopos más estables los naturales: Nd yDakota del Norte. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a doce días, y la mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a 70 segundos; el isótopo artificial más estable es Nd con una vida media de 10,98 días.

El neodimio también tiene 13 isótopos metaestables conocidos, siendo el más estable Nd (t _1/2 = 5,5 horas), Nd (t _1/2 = 5,5 minutos) y Nd (t _1/2 ~70 segundos). Los modos de decaimiento primarios antes del isótopo estable más abundante, Nd, son la captura de electrones y el decaimiento de positrones, y el modo primario posterior es el decaimiento beta menos. Los productos primarios de descomposición antes del Nd son los isótopos del elemento Pr (praseodimio) y los productos primarios después son los isótopos del elemento Pm (prometio). Se ha predicho que cuatro de los cinco isótopos estables se descomponen en isótopos de cerio o samario y solo son estables por observación.Además, se prevé que algunos isótopos de samario observablemente estables se descompongan en isótopos de neodimio.

Los isótopos de neodimio se utilizan en diversas aplicaciones científicas. Nd se ha utilizado para la producción de isótopos Tm e Yb de vida corta. Se ha sugerido Nd para la producción de Pm, que es una fuente de energía radiactiva. Se han utilizado varios isótopos de neodimio para la producción de otros isótopos de prometio. El decaimiento de Sm (t _1/2 = 1.06 × 10) al Nd estable permite la datación con samario-neodimio. Nd también se ha utilizado para estudiar el decaimiento doble beta.

Historia

En 1751, el mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt descubrió un mineral pesado en la mina de Bastnäs, más tarde llamado cerita. Treinta años después, Wilhelm Hisinger, de quince años, miembro de la familia propietaria de la mina, envió una muestra a Carl Scheele, quien no encontró ningún elemento nuevo en su interior. En 1803, después de que Hisinger se convirtiera en un maestro del hierro, volvió al mineral con Jöns Jacob Berzelius y aisló un nuevo óxido, al que llamaron ceria en honor al planeta enano Ceres, que había sido descubierto dos años antes. Ceria fue aislada simultánea e independientemente en Alemania por Martin Heinrich Klaproth.Entre 1839 y 1843, el cirujano y químico sueco Carl Gustaf Mosander, que vivía en la misma casa que Berzelius, demostró que la ceria era una mezcla de óxidos; separó otros dos óxidos, a los que llamó lanthana y didymia. Descompuso parcialmente una muestra de nitrato de cerio tostándola al aire y luego tratando el óxido resultante con ácido nítrico diluido. Los metales que formaron estos óxidos se denominaron así lantano y didimio, descubiertos oficialmente en Viena en 1885 por Carl Gustaf Mosander.Von Welsbach confirmó la separación mediante análisis espectroscópico, pero los productos tenían una pureza relativamente baja. El didimio fue descubierto por Carl Gustaf Mosander en 1841, y el neodimio puro fue aislado de él en 1925. El nombre neodimio se deriva de las palabras griegas neos (νέος), nuevo, y didymos (διδύμος), gemelo.

La doble cristalización de nitrato fue el medio comercial de purificación de neodimio hasta la década de 1950. Lindsay Chemical Division fue la primera en comercializar la purificación de neodimio por intercambio iónico a gran escala. A partir de la década de 1950, el neodimio de alta pureza (>99 %) se obtuvo principalmente a través de un proceso de intercambio iónico a partir de monacita, un mineral rico en elementos de tierras raras.El metal se obtiene por electrólisis de sus sales haluros. Actualmente, la mayor parte del neodimio se extrae de la bastnasita y se purifica mediante extracción con disolvente. La purificación por intercambio de iones se usa para las purezas más altas (típicamente >99,99%). La tecnología en evolución y la pureza mejorada del óxido de neodimio disponible en el mercado se reflejaron en la apariencia de las gafas de neodimio en las colecciones actuales. Las primeras gafas de neodimio fabricadas en la década de 1930 tienen un tinte más rojizo o anaranjado que las versiones modernas, que son de un púrpura más limpio, debido a las dificultades para eliminar los rastros de praseodimio utilizando la tecnología anterior, a saber, la cristalización fraccionada.

Debido a su papel en los imanes permanentes utilizados para las turbinas eólicas de accionamiento directo, se ha argumentado que el neodimio será uno de los principales objetos de competencia geopolítica en un mundo que funciona con energía renovable. Esta perspectiva ha sido criticada por no reconocer que la mayoría de las turbinas eólicas no usan imanes permanentes y por subestimar el poder de los incentivos económicos para expandir la producción.

Ocurrencia y producción

Ocurrencia

El neodimio rara vez se encuentra en la naturaleza como un elemento libre, sino que se presenta como minerales. como monacita y bastnäsita (estos son nombres de grupos de minerales en lugar de nombres de minerales individuales) que contienen pequeñas cantidades de todos los metales de tierras raras. En estos minerales, el neodimio rara vez es dominante; algunas excepciones incluyen monacita-(Nd) y kozoita-(Nd). Las principales áreas mineras se encuentran en China, Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia. Las reservas mundiales de neodimio se estiman en ocho millones de toneladas.

El ion Nd es similar en tamaño a los primeros lantánidos del grupo del cerio (desde el lantano hasta el samario y el europio) que siguen inmediatamente en la tabla periódica y, por lo tanto, tiende a aparecer junto con ellos en minerales de fosfato, silicato y carbonato. como la monacita (M PO ₄) y la bastnasita (M CO ₃ F), donde M se refiere a todos los metales de tierras raras excepto el escandio y el prometio radiactivo (principalmente Ce, La e Y, con algo menos de Pr y Nd).La bastnäsita suele carecer de torio y de los lantánidos pesados, y la purificación de los lantánidos ligeros es menos complicada. El mineral, después de ser triturado y molido, se trata primero con ácido sulfúrico concentrado caliente, generando dióxido de carbono, fluoruro de hidrógeno y tetrafluoruro de silicio. Luego, el producto se seca y se lixivia con agua, dejando los primeros iones de lantánido, incluido el lantano, en solución.

En el espacio

La abundancia por partícula de neodimio en el Sistema Solar es de 0,083 ppb (partes por mil millones). Esta cifra es aproximadamente dos tercios de la del platino, pero dos veces y media más que el mercurio y casi cinco veces más que el oro. Los lantánidos no suelen encontrarse en el espacio, y son mucho más abundantes en la corteza terrestre.

En la corteza terrestre

El neodimio se clasifica como litófilo según la clasificación de Goldschmidt, lo que significa que generalmente se encuentra combinado con oxígeno. Aunque pertenece a los metales de tierras raras, el neodimio no es raro en absoluto. Su abundancia en la corteza terrestre es de unos 38 mg/kg, lo que lo convierte en el vigésimo séptimo elemento más común. Es similar en abundancia al lantano. El cerio es el metal de tierras raras más común, seguido del neodimio y luego del lantano.

Producción

La producción mundial de neodimio fue de unas 7.000 toneladas en 2004. La mayor parte de la producción actual proviene de China. Históricamente, el gobierno chino impuso controles materiales estratégicos sobre el elemento, lo que provocó grandes fluctuaciones en los precios. La incertidumbre de los precios y la disponibilidad ha provocado que las empresas (particularmente las japonesas) creen imanes permanentes y motores eléctricos asociados con menos metales de tierras raras; sin embargo, hasta ahora no han podido eliminar la necesidad de neodimio. Según el Servicio Geológico de EE. UU., Groenlandia posee las mayores reservas de depósitos de tierras raras sin explotar, en particular de neodimio. Los intereses mineros chocan con las poblaciones nativas en esos sitios, debido a la liberación de sustancias radiactivas durante el proceso de extracción.

El neodimio es típicamente del 10 al 18% del contenido de tierras raras de los depósitos comerciales de los minerales ligeros de tierras raras bastnasita y monacita.Dado que los compuestos de neodimio son los más fuertemente coloreados para los lantánidos trivalentes, ocasionalmente pueden dominar la coloración de los minerales de tierras raras cuando los cromóforos competidores están ausentes. Suele dar una coloración rosa. Ejemplos sobresalientes de esto incluyen cristales de monacita de los depósitos de estaño en Llallagua, Bolivia; ancilita de Mont Saint-Hilaire, Quebec, Canadá; o lantanita de Saucon Valley, Pensilvania, Estados Unidos. Al igual que con las gafas de neodimio, estos minerales cambian de color bajo las diferentes condiciones de iluminación. Las bandas de absorción del neodimio interactúan con el espectro de emisión visible del vapor de mercurio, con la luz ultravioleta de onda corta sin filtrar que hace que los minerales que contienen neodimio reflejen un color verde distintivo. Esto se puede observar con arenas que contienen monacita o minerales que contienen bastnasita.

La demanda de recursos minerales, como elementos de tierras raras (incluido el neodimio) y otros materiales críticos, ha aumentado rápidamente debido al crecimiento de la población humana y al desarrollo industrial. Recientemente, el requisito de una sociedad baja en carbono ha llevado a una demanda significativa de tecnologías de ahorro de energía, como baterías, motores de alta eficiencia, fuentes de energía renovable y celdas de combustible. Entre estas tecnologías, los imanes permanentes se utilizan a menudo para fabricar motores de alta eficiencia, siendo los imanes de neodimio-hierro-boro (imanes Nd ₂ Fe ₁₄ B sinterizados y adheridos; en lo sucesivo denominados imanes NdFeB) el principal tipo de imán permanente en la industria. mercado desde su invención.Los imanes de NdFeB se utilizan en vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV), vehículos eléctricos (EV) y vehículos de celda de combustible (FCV) (en lo sucesivo, xEV), turbinas eólicas, electrodomésticos, computadoras y muchos pequeños dispositivos electrónicos de consumo. Además, son indispensables para el ahorro energético. Para lograr los objetivos del Acuerdo de París, se espera que la demanda de imanes de NdFeB aumente significativamente en el futuro.

Aplicaciones

• El neodimio tiene una capacidad de calor específico inusualmente grande a temperaturas de helio líquido, por lo que es útil en refrigeradores criogénicos.
• El acetato de neodimio puede ser un sustituto del acetato de uranilo radiactivo y tóxico (utilizado como agente de contraste estándar en microscopía electrónica).
• Probablemente debido a las similitudes con el Ca, se ha informado que el Nd promueve el crecimiento de las plantas. Los compuestos de elementos de tierras raras se utilizan con frecuencia en China como fertilizante.
• La datación con samario-neodimio es útil para determinar las relaciones de edad de las rocas. y meteoritos
• Los isótopos de neodimio registrados en sedimentos marinos se utilizan para reconstruir cambios en la circulación oceánica pasada.

Imanes

Los imanes de neodimio (en realidad una aleación, Nd ₂ Fe ₁₄ B) son los imanes permanentes más potentes que se conocen. Un imán de neodimio de unas pocas decenas de gramos puede levantar mil veces su propio peso y puede unirse con la fuerza suficiente para romper huesos. Estos imanes son más baratos, más livianos y más fuertes que los imanes de samario-cobalto. Sin embargo, no son superiores en todos los aspectos, ya que los imanes a base de neodimio pierden su magnetismo a temperaturas más bajas y tienden a corroerse, mientras que los imanes de samario-cobalto no.

Los imanes de neodimio aparecen en productos como micrófonos, altavoces profesionales, auriculares internos, pastillas de guitarra y bajo, y discos duros de computadora donde se requieren campos magnéticos de baja masa, pequeño volumen o fuertes. El neodimio se utiliza en los motores eléctricos de automóviles híbridos y eléctricos y en los generadores de electricidad de algunos diseños de aerogeneradores comerciales (solo los aerogeneradores con generadores de "imán permanente" utilizan neodimio). Por ejemplo, los motores eléctricos de tracción de cada Toyota Prius requieren un kilogramo (2,2 libras) de neodimio por vehículo.

En 2020, investigadores de física de la Universidad de Radboud y la Universidad de Uppsala anunciaron que habían observado un comportamiento conocido como "vidrio giratorio autoinducido" en la estructura atómica del neodimio. Uno de los investigadores explicó: "...somos especialistas en microscopía de túnel de barrido. Nos permite ver la estructura de los átomos individuales y podemos resolver los polos norte y sur de los átomos. Con este avance en imágenes de alta precisión, podemos Pudimos descubrir el comportamiento en el neodimio, porque pudimos resolver los cambios increíblemente pequeños en la estructura magnética". El neodimio se comporta de una forma magnética compleja que no se había visto antes en un elemento de la tabla periódica.

Vidrio

El vidrio de neodimio (Nd:vidrio) se produce mediante la inclusión de óxido de neodimio (Nd ₂ O ₃) en la fusión de vidrio. Por lo general, a la luz del día o con luz incandescente, el vidrio de neodimio parece lavanda, pero parece azul pálido bajo la iluminación fluorescente. El neodimio se puede usar para colorear el vidrio en tonos delicados que van desde el violeta puro hasta el rojo vino y el gris cálido.

El primer uso comercial del neodimio purificado fue en la coloración del vidrio, comenzando con los experimentos de Leo Moser en noviembre de 1927. El vidrio "Alexandrita" resultante sigue siendo un color característico de la fábrica de vidrio Moser hasta el día de hoy. El vidrio de neodimio fue ampliamente emulado a principios de la década de 1930 por los invernaderos estadounidenses, sobre todo Heisey, Fostoria ("wisteria"), Cambridge ("heatherbloom") y Steuben ("wisteria"), y en otros lugares (por ejemplo, Lalique, en Francia, o Murano). El "crepúsculo" de Tiffin permaneció en producción desde aproximadamente 1950 hasta 1980. Las fuentes actuales incluyen vidrieros en la República Checa, Estados Unidos y China.

Las nítidas bandas de absorción del neodimio hacen que el color del vidrio cambie bajo diferentes condiciones de iluminación, siendo rojizo-púrpura bajo la luz del día o luz incandescente amarilla, pero azul bajo luz fluorescente blanca o verdoso bajo luz tricromática. Este fenómeno de cambio de color es muy apreciado por los coleccionistas.En combinación con oro o selenio, se producen colores rojos. Dado que la coloración del neodimio depende de transiciones ff "prohibidas" en lo profundo del átomo, existe una influencia relativamente pequeña sobre el color del entorno químico, por lo que el color es impermeable a la historia térmica del vidrio. Sin embargo, para obtener el mejor color, es necesario minimizar las impurezas que contienen hierro en la sílice utilizada para fabricar el vidrio. La misma naturaleza prohibida de las transiciones ff hace que los colorantes de tierras raras sean menos intensos que los proporcionados por la mayoría de los elementos de transición d, por lo que se debe usar más en un vaso para lograr la intensidad de color deseada. La receta original de Moser usaba alrededor del 5% de óxido de neodimio en el vidrio fundido, una cantidad suficiente para que Moser se refiriera a estos como vidrios "dopados con tierras raras". Siendo una base fuerte,

La luz transmitida a través de lentes de neodimio muestra bandas de absorción inusualmente nítidas; el vidrio se usa en trabajos astronómicos para producir bandas nítidas mediante las cuales se pueden calibrar las líneas espectrales. Otra aplicación es la creación de filtros astronómicos selectivos para reducir el efecto de la contaminación lumínica del sodio y la iluminación fluorescente al pasar otros colores, especialmente la emisión alfa de hidrógeno rojo oscuro de las nebulosas. El neodimio también se usa para eliminar el color verde causado por los contaminantes de hierro del vidrio.

El neodimio es un componente del "didimio" (que se refiere a la mezcla de sales de neodimio y praseodimio) que se utiliza para colorear el vidrio para fabricar gafas de soldador y soplador de vidrio; las bandas de absorción nítidas anulan la fuerte emisión de sodio a 589 nm. La absorción similar de la línea de emisión amarilla de mercurio a 578 nm es la causa principal del color azul observado en el vidrio de neodimio bajo iluminación fluorescente blanca tradicional. El neodimio y el vidrio de didimio se utilizan en filtros que mejoran el color en la fotografía de interiores, en particular para filtrar los tonos amarillos de la iluminación incandescente. De manera similar, el vidrio de neodimio se está utilizando ampliamente de manera más directa en las bombillas de luz incandescente. Estas lámparas contienen neodimio en el vidrio para filtrar la luz amarilla, lo que da como resultado una luz más blanca que se parece más a la luz del sol.Según los informes, durante la Primera Guerra Mundial, se utilizaron espejos de didimio para transmitir el código Morse en los campos de batalla. Similar a su uso en vidrios, las sales de neodimio se utilizan como colorante para esmaltes.

Láseres

Ciertos materiales transparentes con una pequeña concentración de iones de neodimio se pueden usar en láseres como medios de ganancia para longitudes de onda infrarrojas (1054–1064 nm), por ejemplo, Nd:YAG (granate de itrio y aluminio), Nd:YAP (perovskita de itrio y aluminio), Nd:YLF (fluoruro de itrio y litio), Nd:YVO ₄ (ortovanadato de itrio) y Nd:vidrio. Los cristales dopados con neodimio (típicamente Nd:YVO ₄) generan rayos láser infrarrojos de alta potencia que se convierten en luz láser verde en punteros láser y láseres portátiles DPSS comerciales.

El ion de neodimio trivalente Nd fue el primer lantánido de elementos de tierras raras utilizado para la generación de radiación láser. El láser Nd:CaWO ₄ se desarrolló en 1961. Históricamente, fue el tercer láser que se puso en funcionamiento (el primero fue el de rubí, el segundo el láser U:CaF). A lo largo de los años, el láser de neodimio se convirtió en uno de los láseres más utilizados para fines de aplicación. El éxito del ion Nd radica en la estructura de sus niveles de energía y en las propiedades espectroscópicas adecuadas para la generación de radiación láser. En 1964 Geusic et al. demostró el funcionamiento del ion neodimio en la matriz YAG Y ₃ Al ₅ O ₁₂. Es un láser de cuatro niveles con umbral más bajo y con excelentes propiedades mecánicas y de temperatura. Para el bombeo óptico de este material es posible utilizar una lámpara de destellos no coherente o un haz de diodo coherente.

El láser actual en el Establecimiento de Armas Atómicas del Reino Unido (AWE), el láser de vidrio de neodimio de 1 teravatio HELEN (láser de alta energía que incorpora neodimio), puede acceder a los puntos medios de las regiones de presión y temperatura y se utiliza para adquirir datos para modelar cómo la densidad, la temperatura y la presión interactúan dentro de las ojivas. HELEN puede crear plasmas de alrededor de 10 K, a partir de los cuales se mide la opacidad y la transmisión de la radiación.

Los láseres de estado sólido de vidrio de neodimio se utilizan en sistemas de haces múltiples de potencia extremadamente alta (escala de teravatios) y alta energía (megajulios) para la fusión por confinamiento inercial. Los láseres de Nd:vidrio generalmente tienen una frecuencia triplicada al tercer armónico a 351 nm en dispositivos de fusión láser.

Sustituto del acetato de uranilo

El acetato de uranilo ha sido el agente de contraste estándar en microscopía electrónica de transmisión (TEM) durante décadas. Sin embargo, su uso se ve cada vez más obstaculizado por las regulaciones de los gobiernos debido a sus propiedades radiactivas, así como a su alta toxicidad. Por ello, se están buscando alternativas, incluyendo los acetatos de lantánidos o el azul platino así como el uso de sustancias menos definidas como el extracto de té oolong. A pesar de estas alternativas publicadas, el acetato de uranilo (UAc) sigue siendo el estándar para el contraste EM.

En la tabla periódica, el ordenamiento vertical de los elementos en grupos se basa en la presencia del mismo número de electrones en su capa más externa, lo que determina sus propiedades químicas y físicas. Debido a que el neodimio (Nd) está justo por encima del uranio (U), las propiedades químicas de UAc y NdAc serían muy similares en la unión al tejido en secciones ultrafinas, lo que conduciría a una cantidad similar de contraste.

Función biológica y precauciones

Se ha descubierto que los primeros lantánidos son esenciales para algunas bacterias metanotróficas que viven en lodos volcánicos, como Methylacidiphilum fumariolicum: el lantano, el cerio, el praseodimio y el neodimio son igualmente efectivos. De lo contrario, no se sabe que el neodimio tenga un papel biológico en ningún otro organismo.

El polvo de metal de neodimio es combustible y, por lo tanto, presenta peligro de explosión. Los compuestos de neodimio, como todos los metales de tierras raras, tienen una toxicidad de baja a moderada; sin embargo, su toxicidad no se ha investigado a fondo. Las sales de neodimio se consideran más tóxicas si son solubles que si son insolubles si se ingieren. El polvo y las sales de neodimio son muy irritantes para los ojos y las membranas mucosas, y moderadamente irritantes para la piel. Respirar el polvo puede causar embolias pulmonares y la exposición acumulada daña el hígado. El neodimio también actúa como anticoagulante, especialmente cuando se administra por vía intravenosa.

Los imanes de neodimio se han probado para usos médicos, como aparatos magnéticos y reparación ósea, pero los problemas de biocompatibilidad han impedido su aplicación generalizada. Los imanes disponibles comercialmente hechos de neodimio son excepcionalmente fuertes y pueden atraerse entre sí desde grandes distancias. Si no se manejan con cuidado, se unen muy rápido y con fuerza, causando lesiones. Por ejemplo, hay al menos un caso documentado de una persona que perdió la yema de un dedo cuando dos imanes que estaba usando se rompieron a 50 cm de distancia.

Otro riesgo de estos potentes imanes es que si se ingiere más de un imán, pueden pellizcar los tejidos blandos del tracto gastrointestinal. Esto ha llevado a un estimado de 1,700 visitas a la sala de emergencias y ha requerido el retiro del mercado de la línea de juguetes Buckyballs, que eran juegos de construcción de pequeños imanes de neodimio.