Неодим

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Неодим (Nd)
Атомний номер 60
Зовнішній вигляд простої речовини
Neodymium2.jpg
сріблясто-білий
рідкоземельний метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 144,24 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 182 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 531,5(5,51) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f4 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 184 пм
Радіус іона 99.(+3e) 5 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,14
Електродний потенціал Nd←Nd3+ -2,32В
Nd←Nd2+ -2,2В
Ступені окиснення 3
Термодинамічні властивості
Густина 7,007 г/см³
Молярна теплоємність 0,205 Дж/(К·моль)
Теплопровідність (16,5) Вт/(м·К)
Температура плавлення 1294 К
Теплота плавлення 7,1 кДж/моль
Температура кипіння 3341 К
Теплота випаровування 289 кДж/моль
Молярний об'єм 20,6 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,660 Å
Відношення с/а 1,614
Температура Дебая n/a К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Неодим у Вікісховищі?

Неодим (англ. neodymium, нім. Neodym n) — хімічний елемент. Символ Nd, ат. н. 60, ат. м. 144,24, належить до лантаноїдів. Сріблясто-білий метал. Нижче 885 °С кристалічна ґратка гексагональна, щільно упакована (α-Nd), вище — кубічна (β-Nd). Густина 7,007. tпл = 1024 °С; tкип = 3030 °С.

Середній вміст неодиму в земній корі 3,7•10–3 за масою. Як і всі інші лантаноїди, неодим присутній в багатьох рідкісноземельних мінералах — у ксенотимі, монациті, ортиті, бастнезиті і ін.

Історія[ред. | ред. код]

У 1843 році Карл Густав Мосандер повідомив про розкладання церівої землі на власне церієву, а також лантанову і дидимієву. За властивостями дидим був дуже схожим на лантан, тому і отримав назву від грец. δίδυμος, «близнюк». Пізніше, при очищенні дидиму були отримані самарій і гадоліній, і, нарешті, у 1885 році австрійський хімік Карл Ауер фон Вельсбах встановив, що сам дидим є сумішшю двох елементів, що отримали назви неодим і празеодим[1].

Назва неодиму походить від грецьких слів «neos» та «didimos» (у латинській транскрипції) відповідно в українському перекладі «новий» та «близнюк».

Чистий неодим був отриманий лише у 1925 році.

У 1983 році були вперше виготовлені неодимові магніти, які зараз є основним способом використання неодиму[2].

Фізичні властивості[ред. | ред. код]

Сріблясто-білий метал. При температурі нижче 885 °С кристалічна ґратка гексагональна, щільно упакована (α-Nd), при вищій температурі — кубічна (β-Nd). Густина 7,007 г/см³; tпл = 1024 °С; tкип = 3030 °С.

Хімічні властивості[ред. | ред. код]

Неодим повільно, а при температурі вище 150 °C активно реагує з киснем повітря з утворенням неодим (ІІІ) оксиду:

4 Nd + 3 O2 → 2 Nd2O3

Повільно реагує з водою, однак реакція пришвидшується при нагріванні з утворенням гідроксиду:

2 Nd (тв) + 6 H2O (р) → 2 Nd(OH)3 (aq) + 3 H2 (г)

Неодим реагує з галогенами:

2 Nd (тв) + 3 F2 (г) → 2 NdF3 (тв) [сіль фіолетового кольору ]
2 Nd (тв) + 3 Cl2 (г) → 2 NdCl3 (тв) [сіль рожево-лілового кольору]
2 Nd (тв) + 3 Br2 (г) → 2 NdBr3 (тв) [сіль фіолетового кольору ]
2 Nd (тв) + 3 I2 (г) → 2 NdI3 (тв) [сіль зеленого кольору ]

Nd реагує з розбавленими кислотами з утворенням Nd(III) іону який забарвлює розчин у ліловий колір (існує як [Nd(OH2)9]3+ комплекс)

2 Nd (тв) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Nd3+ (aq) + 3 SO2−4 (aq) + 3 H2 (г)

Ізотопи[ред. | ред. код]

Природній неодим складається з 7 ізотопів. П'ять з них — стабільні, ще два — мають дуже великі періоди напіврозпаду[3].

Масове число Частка у природному неодимі Період напіврозпаду
142 27,152%
143 12,174%
144 23,798% 2,29×1015
145 8,293%
146 17,189%
148 5,756%
150 5,638% 0,79×1019

Загалом відомо 44 ізотопи неодиму з масовими числами від 124 до 161, 6 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, що не зустрічаються в природі, найбільші періоди напіврозпаду мають Nb147 (10,98 днів) і Nb140 (3,37 днів).

Розповсюдження[ред. | ред. код]

Неодим — другий за розповсюдженністю серед лантаноїдів (після церію). Середній вміст неодиму в земній корі за масою становить 3,3×10–3%, у океанічній воді — 2,8×10-10%, у Всесвіті — 10-6%.[4]

Як і всі інші лантаноїди, неодим присутній в багатьох рідкісноземельних мінералах — у ксенотимі, монациті, ортиті, бастнезиті і ін. Існують мінерали, такі як ешиніт і гадолініт, в яких неодим є домінуючим рідкоземельним металом[5][6].

Країни з великими запасами рідкоземельних металів — Китай, Бразилія, В'єтнам[7]. У 2017 році Китай контролював 80% усього світового добутку неодиму[8].

Отримання[ред. | ред. код]

Одержують ніобій кальцієтермічним відновленням його трифториду або трихлориду, а також при електролізі розплаву трихлориду ніобію. Для відокремлення ніобію від інших лантаноїдів широко застосовують методи йонообмінної хроматографії.

Застосування[ред. | ред. код]

Неодимові магніти (нижній має вагу 143 мг) тримають сталеві кульки (кожна вагою близько 200 г)

Магніти[ред. | ред. код]

Близько 80% усього добуваного в світі неодиму використовується для виготовлення магнітів[9]. Неодимові магніти є найсильнішими з доступних постійних магнітів — їх залишкова намагніченість досягає 1,5 тесла (у кілька разів вища за феритові магніти)[10]. Неодимові магніти використовуються у електромоторах, жорстких дисках, мікрофонах і навушниках, апаратах для магнітно-резонансної томографії тощо.

Металургія[ред. | ред. код]

Мішметал (суміш рідкоземельних металів, що використовується для модифікування металів) на 15% складається з неодиму.

Додавання 1-5% неодиму до магнію, алюмінію і титану значно збільшує їх міцність. Крім того, мала швидкість дифузії неодиму в цих металах при високій температурі підвищує їх жароміцність[11].

Близько 8% неодиму використовується у цих цілях[9].

Виробництво батарей[ред. | ред. код]

Аноди у нікель-метал-гідридних акумуляторах виробляють з сплаву рідкоземельних металів, що містить неодим. Цей сплав використовують через здатність цих металів поглинати великі кількості водню, що виділяється під час роботи акумулятора.[12].

Близько 5% неодиму використовується у цих цілях[9].

Виробництво скла[ред. | ред. код]

Неодимове скло

Оксиду неодиму Nd2O3 використовується для надання склу і кераміці лавандового відтінку. Такі стекла змінюють свій колір в залежності від освітлення (т.з. "олександритовий ефект"), тому використовуються в окулярах-хамелеонах. Окуляри з такого скла збільшують контрастність червоного і зеленого кольору, тому використовуються людьми з порушеним кольоросприйняттям. Також, смуга найглибшого поглинання такого скла практично збігається зі спектром випромінювання натрію, тому може використовуватись як оптичний фільтр. Іноді в окулярах замість неодиму використовують його сплав з празеодимом — такі окуляри називають "дидимовими".[13]

Скло, ітрій-алюмінієві гранати, гадоліній-скандій-галіеві гранати з домішкою неодиму використовуються як робочі тіла для інфрачервоних лазерів. Типові довжини хвилі неодимових лазерів — від 0,9 до 1,8 мкм[14].

Інше[ред. | ред. код]

Неодимові каталізатори використовуються у гумовій промисловості для пришвидшення деяких реакцій полімеризації[15].

Сплав з неодиму з ербієм використовується у кріотехніці[16].

Примітки[ред. | ред. код]

Література[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]