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Néodyme

élément chimique de numéro atomique 60 et de symbole Nd

Le néodyme est un élément chimique, de symbole Nd et de numéro atomique 60. C'est un métal gris argent du groupe des terres rares. Il fait partie de la famille des lanthanides. À température ambiante, il est ductile, malléable et s'oxyde rapidement à l'air.

Néodyme
Image illustrative de l’article Néodyme
Échantillon de néodyme.
Praséodyme ← Néodyme → Prométhium
—
  Structure cristalline hexagonale compacte double
 
60		 Nd
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Nd
↓
U
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Nd
Nom Néodyme
Numéro atomique 60
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 4f4 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 22, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 144,242 ± 0,003 u[1]
Rayon atomique (calc) 185 pm (206 pm)
Rayon de covalence 201 ± 6 pm[2]
État d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,14
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 5,525 0 eV 2e : 10,72 eV
3e : 22,1 eV 4e : 40,4 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
142Nd27,13 %stable avec 82 neutrons
143Nd12,18 %stable avec 83 neutrons
144Nd23,8 %2,29×1015 aα1.905140Ce
145Nd8,3 %stable avec 85 neutrons
146Nd17,19 %stable avec 86 neutrons
148Nd5,76 %stable avec 88 neutrons
150Nd5,64 %1,1×1019 aDouble β-3.367150Sm
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 7,008 g·cm-3 (25 °C)[1]
Système cristallin Hexagonal compact double
Couleur blanc argenté
Point de fusion 1 016 °C[1]
Point d’ébullition 3 074 °C[1]
Énergie de fusion 7,14 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 273 kJ·mol-1
Volume molaire 20,59×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 535 mbar (2 870 °C)[4]
Vitesse du son 2 330 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique 190 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,57×106 S·m-1
Conductivité thermique 16,5 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-00-8
No ECHA 100.028.281
Précautions
Transport[4]
   3208   

   3208   
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Son nom vient des mots grecs νεός / neós, « nouveau », et δίδυμος / dídumos, « double, jumeau »[5],[6],[7]. En effet, les chimistes ont longtemps cru que le mélange d'oxyde de praséodyme-néodyme était un corps simple jusqu'à ce que Carl Auer von Welsbach les séparât en 1886[8].

Histoire

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Le néodyme a été découvert à Vienne par Carl Auer von Welsbach, un chimiste autrichien en 1885[9],[10]. Il a séparé le néodyme, en même temps que le praséodyme, du didyme par cristallisation fractionnée du nitrate d'ammonium et de didyme puis analyses spectroscopiques. Il n'a cependant pas été isolé sous forme relativement pure avant 1925.

Propriétés physiques

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Néodyme dans une ampoule d'argon.

Le néodyme métallique a un éclat métallique brillant et argenté[11]. Le néodyme existe généralement sous deux formes allotropiques, avec une transformation d’une structure hexagonale double en une structure cubique centrée ayant lieu à environ 863 °C[12]. Le néodyme, comme la plupart des lanthanides, est paramagnétique à température ambiante. Il devient antiferromagnétique lorsqu’il est refroidi en dessous de 20 K (−253,2 °C)[13]. En dessous de cette température de transition, il présente un ensemble de phases magnétiques complexes[14],[15] qui ont de longs temps de relaxation de spin et un comportement de verre de spin[16]. Le néodyme est un métal de terre rare qui était présent dans le mischmétal classique à une concentration d’environ 18 %. Pour fabriquer des aimants en néodyme, il est allié à du fer, qui est un matériau ferromagnétique[17].

Configuration électronique

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Le néodyme est le quatrième membre de la série des lanthanides. Dans le tableau périodique, il apparaît entre les lanthanides praséodyme à sa gauche et l’élément radioactif prométhium à sa droite, et au-dessus de l’actinide uranium. Ses 60 électrons sont disposés dans la configuration [Xe]4f46s2, dont les six électrons 4f et 6s sont de valence. Comme la plupart des autres métaux de la série des lanthanides, le néodyme n’utilise généralement que trois électrons comme électrons de valence, car par la suite, les électrons 4f restants sont fortement liés : c’est parce que les orbitales 4f pénètrent le plus à travers le coeur d'électrons inerte du xénon jusqu’au noyau, suivi de 5d et 6s, et cela augmente avec une charge ionique plus élevée. Le néodyme peut encore perdre un quatrième électron parce qu’il arrive tôt dans les lanthanides, où la charge nucléaire est encore assez faible et l’énergie de la sous-couche 4f suffisamment élevée pour permettre l’extraction d’autres électrons de valence[18].

Propriétés chimiques

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Le néodyme a un point de fusion de 1024 °C et un point d’ébullition de 3074 °C. Comme les autres lanthanides, il a généralement l’état d’oxydation +3, mais peut également se former dans les états d’oxydation +2 et +4, et même, dans des conditions très rares, +0. Le néodyme métal s’oxyde rapidement dans les conditions ambiantes[12], formant une couche d’oxyde comme de la rouille de fer qui peut se détacher et exposer le métal à une oxydation supplémentaire ; un échantillon de néodyme de taille centimétrique se corrode complètement en un an environ. Les ions Nd3+ sont généralement solubles dans l’eau. Comme son voisin le praséodyme, il brûle facilement à environ 150 °C pour former de l’oxyde de néodyme(III) ; l’oxyde se décolle ensuite, exposant le métal brut à une oxydation supplémentaire.

4Nd + 3O2 → 2Nd2O3

Le néodyme est un élément électropositif, qui réagit lentement avec l'eau froide et rapidement avec l'eau chaude, pour former de l'hydroxyde de néodyme(III)[19] :

2Nd (s) + 6H2O (l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H2 (g)

Le néodyme métallique réagit vigoureusement avec tous les halogènes stables[19] :

2Nd (s) + 3F2 (g) → 2NdF3 (s) [substance violette]
2Nd (s) + 3Cl2 (g) → 2NdCl3 (s) [substance mauve]
2Nd (s) + 3Br2 (g) → 2NdBr3 (s) [substance violette]
2Nd (s) + 3I2 (g) → 2NdI3 (s) [substance verte]

Le néodyme se dissout facilement dans l'acide sulfurique dilué pour former des solutions qui contiennent l'ion lilas Nd(III). Ceux-ci existent sous forme de complexe [Nd(OH2)9]3+[19] :

2Nd (s) + 3H2SO4 (aq) → 2Nd(3+) (aq) + 3SO4(2-) (aq) + 3H2 (g)

Composés

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Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[20]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).
  •  
    Sulfate de néodyme(III)
  •  
    Poudre d'acétate de néodyme
  •  
    Poudre d'hydroxyde de néodyme(III)

Certains des composés de néodyme les plus importants sont :

  • halogénures : NdF3 ; NdCl2 ; NdCl3 ; NdBr3 ; NdI2 ; NdI3
  • Oxydes : Nd2O3
  • hydroxyde : Nd(OH)3
  • carbonate : Nd2(CO3)3
  • sulfate : Nd2(SO4)3
  • acétate : Nd(CH3COO)3
  • aimants au néodyme (Nd2Fe14B)

La couleur de certains composés de néodyme varie sous différents types d’éclairage[21].

  •  
    Composés du néodyme en lumière de tube fluorescent - de gauche à droite, le sulfate, le nitrate et le chlorure
  •  
    Composés du néodyme en lumière de lampe fluocompacte
  •  
    Composés du néodyme en lumière du jour

Utilisations

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Aimant au néodyme

Autres utilisations :

Notes et références

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  1. ↑ a b c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. ↑ a et b Entrée « Neodymium » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 13 février 2010 (JavaScript nécessaire)
  5. ↑ (en) John Emsley, Nature's building blocks : an A–Z guide to the elements, Oxford University Press, , 268–270 p. (ISBN 0-19-850340-7, lire en ligne).
  6. ↑ (en) Mary Elvira Weeks, « The discovery of the elements. XVI. The rare earth elements », Journal of Chemical Education, vol. 9, no 10,‎ , p. 1751 (ISSN 0021-9584, DOI 10.1021/ed009p1751).
  7. ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, vol. 97, CRC Press/Taylor and Francis, , 2652 p. (ISBN 978-1-4987-5428-6 et 1-4987-5428-7), « The Elements », p. 742 (4-23).
  8. ↑ Krishnamurthy, N., & Gupta, C. K. (2004). Extractive Metallurgy of Rare Earths. CRC Press
  9. ↑ (de) Carl Auer v. Welsbach, « Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente », Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften, vol. 6, no 1,‎ , p. 477–491 (ISSN 0343-7329, DOI 10.1007/BF01554643).
  10. ↑ (en) N. Krishnamurthy et C. K. Gupta, Extractive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, , 6 p. (ISBN 978-0-203-41302-9, lire en ligne).
  11. ↑ (en) Neodymium, Springer, , 598 p. (ISBN 978-3-540-72816-0, DOI 10.1007/978-3-540-72816-0_15124, lire en ligne)
  12. ↑ a et b CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th, (ISBN 9781498754293), « Neodymium. Elements », p. 4.23
  13. ↑ Andrej Szytula et Janusz Leciejewicz, Handbook of Crystal Structures and Magnetic Properties of Rare Earth Intermetallics, CRC Press, (ISBN 978-0-8493-4261-5, lire en ligne), p. 1
  14. ↑ S W Zochowski, K A McEwen et E Fawcett, « Magnetic phase diagrams of neodymium », Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 3, no 41,‎ , p. 8079–8094 (ISSN 0953-8984, DOI 10.1088/0953-8984/3/41/007, Bibcode 1991JPCM....3.8079Z)
  15. ↑ B Lebech, J Wolny et R M Moon, « Magnetic phase transitions in double hexagonal close packed neodymium metal-commensurate in two dimensions », Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 6, no 27,‎ , p. 5201–5222 (ISSN 0953-8984, DOI 10.1088/0953-8984/6/27/029, Bibcode 1994JPCM....6.5201L)
  16. ↑ Umut Kamber, Anders Bergman, Andreas Eich, Diana Iuşan, Manuel Steinbrecher, Nadine Hauptmann, Lars Nordström, Mikhail I. Katsnelson, Daniel Wegner, Olle Eriksson et Alexander A. Khajetoorians, « Self-induced spin glass state in elemental and crystalline neodymium », Science, vol. 368, no 6494,‎ (ISSN 0036-8075, PMID 32467362, DOI 10.1126/science.aay6757, arXiv 1907.02295)
  17. ↑ (en) Plamen Stamenov, Magnetism of the Elements, Springer International Publishing, , 659–692 p. (ISBN 978-3-030-63210-6, DOI 10.1007/978-3-030-63210-6_15, lire en ligne)
  18. ↑ Greenwood et Earnshaw 1997, p. 1235-8.
  19. ↑ a b et c (en) « Neodymium: reactions of elements », Webelements,
  20. ↑ (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.
  21. ↑ Burke M.W. (1996) Lighting II: Sources. In: Image Acquisition. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-009-0069-1_2
  22. ↑ Lefebvre, T. and C. Raynal (2013). Les métamorphoses de Tho-Radia Paris-Vichy. Paris, Éd. Glyphe.
  23. ↑ Ils sont dix fois plus puissants que ceux fabriqués avec de la ferrite
  24. ↑ « La rareté de certains métaux peut-elle freiner le développement des énergies renouvelables ? », Décrypter l'énergie,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  25. ↑ Arrêté du 2 octobre 2008 portant approbation du système d'inventaire et d'expédition des déchets après traitement des combustibles usés en provenance de l'étranger dans les INB de La Hague
  26. ↑ Magie Moderne Mayette, « Gobelets Duvivier 3.0 Luxe », (consulté le )

Voir aussi

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Liens externes

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