Відкрити головне меню

Неодим

хімічний елемент з атомним номером 60

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.

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?

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.

Зміст

ІсторіяРедагувати

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 властивостіРедагувати

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 властивостіРедагувати

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)

ІзотопиРедагувати

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).

РозповсюдженняРедагувати

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].

ОтриманняРедагувати

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.

ЗастосуванняРедагувати

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

МагнітиРедагувати

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.

МеталургіяРедагувати

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 батарейРедагувати

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 склаРедагувати

 
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].

ІншеРедагувати

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

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

ПриміткиРедагувати

ЛітератураРедагувати

ПосиланняРедагувати