Neodym

nieruchomości
[ Xe ] 4 f 4 6 s 2 60 Nd Układ okresowy
Ogólnie
Nazwa , symbol , liczba atomowa	Neodym, Nd, 60
Kategoria elementu	Lanthanoids
Grupa , kropka , blok	La , 6 , k
Popatrz	srebrzystobiały, żółtawy odcień
numer CAS	7440-00-8
Numer WE	231-109-3
Karta informacyjna ECHA	100.028.281
Ułamek masowy powłoki Ziemi	22 ppm
Atomowy
Masa atomowa	144,242 (3) i in
Promień atomowy (obliczony)	185 (206) pm
Promień kowalencyjny	201 pm
Konfiguracja elektronów	[ Xe ] 4 f 4 6 s 2
1. Energia jonizacji	5.5250 (6) eV ≈ 533.08 kJ / mol
2. Energia jonizacji	10.783 (20) eV ≈ 1 040.4 kJ / mol
3. Energia jonizacji	22.09 (4) eV ≈ 2 130 kJ / mol
4. Energia jonizacji	40.60 (4) eV ≈ 3 920 kJ / mol
5. Energia jonizacji	60.0 (3) eV ≈ 5 790 kJ / mol
Fizycznie
Stan fizyczny	mocno
Struktura krystaliczna	sześciokątny
gęstość	7,003 g / cm 3 (25 ° C )
magnetyzm	paramagnetyczny ( Χ m = 3,6 10-3 )
Temperatura topnienia	1297 K (1024 ° C)
temperatura wrzenia	3303 K (3030 ° C)
Objętość molowa	20,59 · 10 −6 m 3 · mol −1
Ciepło parowania	289 kJ / mol
Ciepło topnienia	7,1 kJ mol −1
Szybkość dźwięku	2330 m s −1 przy 293,15 K.
Specyficzna pojemność cieplna	190 J / kg −1 K −1
Przewodność elektryczna	1,56 · 10 6 A · V −1 · m −1
Przewodność cieplna	17 W · m −1 K −1
Chemicznie
Stany utleniania	2, 3 , 4
Potencjał normalny	−2,32 V (Nd 3+ + 3 e - → Nd)
Elektroujemność	1,14 (w skali Paulinga )
Izotopy
izotop NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) Z P 142 Nd 27,13  % Stabilny 143 Nd 12,18% Stabilny 144 Nd 23,8% 2,29 x 10 15 a α 1.905 140 Ce 145 Nd 8,3% Stabilny 146 Nd 17,19% Stabilny 147 Nd {syn.} 10,98 d β - 0.896 147 wieczorem 148 Nd 5,76% Stabilny 149 Nd {syn.} 1.728 godz β - 1.691 149 wieczorem 150 nd 5,64% 1.1 · 10 19 a β - β - 3.367 150 cm
W przypadku innych izotopów patrz lista izotopów
Właściwości NMR
Spin kwantowa liczba I. γ w rad · T −1 · s −1 E r  ( 1 godz.) f L przy B = 4,7 T w MHz 143 Nd 7/2 −1,457 10 7 5.45 145 Nd 7/2 −0,898 10 7 3.36
instrukcje bezpieczeństwa
Oznakowanie zagrożeń GHS proszek niebezpieczeństwo Zwroty H i P. H: 228-260 P: 210-231 + 232-280-370 + 378-402 + 404-501
W miarę możliwości i zwyczajów stosuje się jednostki SI . O ile nie zaznaczono inaczej, podane dane dotyczą warunków standardowych .

Neodym (zaleceniem nomenklatury był tymczasowo neodym ) jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu Nd i liczbie atomowej 60. W układzie okresowym zalicza się do lantanoidów, a zatem jest również jednym z metali ziem rzadkich . Nazwa elementu pochodzi od greckich słów νέος neos „nowy” i δίδυμος didymos „bliźniak” (jako bliźniak lantanu ). Metal jest używany w postaci stopu neodym-żelazo-bor do tworzenia silnych magnesów trwałych .

historia

Neodym

1841 Carl Gustav Mosander ekstrahuje się ziem rzadkich Didym z celit ziemi . W 1874 roku Per Teodor Cleve zauważył, że Didym składa się w rzeczywistości z dwóch elementów. W 1879 roku Lecoq de Boisbaudran wyizolował samar z Didyma, który wydobył z mineralnego samarskitu . W 1885 r. Carlowi Auerowi von Welsbachowi udało się rozdzielić didym na prazeodym i neodym, które tworzą sole o różnych kolorach. Czysty metaliczny neodym został zaprezentowany dopiero w 1925 roku.

Występowanie

Neodym występuje naturalnie tylko w związkach chemicznych związanych z innymi lantanowcami , najlepiej w minerałach:

Najważniejszym dostawcą z 91% światowej produkcji są Chiny . Prowadzi to tam do poważnych problemów środowiskowych. „Kiedy neodym jest oddzielany od wydobytej skały, powstają toksyczne produkty odpadowe, a podczas procesu wydobywczego uwalniany jest również radioaktywny uran i tor . Przynajmniej niektóre z tych substancji trafiają do wód gruntowych, znacznie zanieczyszczając faunę i florę i są klasyfikowane jako szkodliwe dla zdrowia ludzkiego ”. Inne złoża nadające się do ekonomicznej eksploatacji można znaleźć w Australii , zwłaszcza na Terytorium Północnym, które jest eksploatowane przez Arafura Resources .

Wydobycie i produkcja

Jak w przypadku wszystkich lantanowców , rudy są najpierw wzbogacane przez flotację , a następnie metale są przekształcane w ich halogenki i oddzielane przez krystalizację frakcyjną , wymianę jonową lub ekstrakcję .

Po złożonym oddzieleniu składników neodymu, tlenek można przekształcić w fluorek neodymu (III) za pomocą fluorowodoru, a następnie zredukować do neodymu z wapniem, tworząc fluorek wapnia . Pozostałości wapnia i zanieczyszczenia są oddzielane przez przetapianie w próżni.

${\ Displaystyle \ mathrm {2 \ NdF_ {3} \ + \ 3 \ Ca \ \ longrightarrow \ 2 \ Nd \ + \ 3 \ CaF_ {2}}}$

Proces ten został zastąpiony w Chinach około roku 1984 przez elektrolizę stopionej soli mieszaniny fluorku neodymu, tlenku neodymu i fluorku litu. Formalnie proces ten odpowiada procesowi Halla-Héroulta, ale elementarny neodym osadza się na prostopadłej katodzie wolframowej, która jest otoczona pierścieniową anodą grafitową. Stopiony neodym jest wychwytywany w zbiorniku molibdenu, z którego jest ręcznie wlewany do wlewnicy. Każde takie ogniwo elektrolityczne działa jako jednokomorowe ogniwo elektrolityczne. Nie są znane żadne możliwe do zweryfikowania informacje o faktycznym działaniu ogniw w chińskich fabrykach.

Chiński rząd zapowiedział, że wprowadzi surowsze przepisy dotyczące ochrony środowiska i podejmie zdecydowane działania przeciwko nielegalnym kopalniom. Wydaje się, że na początku czerwca 2011 r. Zamiar ten został zrealizowany po raz pierwszy. Według doniesień Financial Times, państwowy producent (Baotou Steel Rare Earth) ma monopol na wydobycie i przetwarzanie pierwiastków ziem rzadkich. 35 licencjonowanych firm zostanie zamkniętych i zrekompensowanych, dziewięć kolejnych nielicencjonowanych firm zostanie zamkniętych i nie otrzyma rekompensaty. W Stanach Zjednoczonych reaktywowane są kopalnie Mountain Pass w Kalifornii i Mount Weld w Australii . Obie kopalnie są obsługiwane przez Öko-Institut e. V. certyfikuje akceptowalne systemy ochrony środowiska. Jednak istnieją również projekty dotyczące połączonego wydobycia metali ziem rzadkich na Grenlandii, w ramach których toksyczne pozostałości mają być zrzucane do jezior .

Rozwój cen tlenku neodymu (źródło: grupa zakupowa Sachwerte, stan na 10 marca 2014)

Roczną produkcję oszacowano na 21 000 ton w 2012 roku, z czego 91% pochodzi z Chin. Według USGS cena 1 kg neodymu w 2001 r. Poniżej 10 USD . Cena wzrosła do 80 USD w 2010 r., A szczyt w 2011 r. Osiągnął 244 USD za kg. Potem znowu spadł i w 2013 roku wynosił 65 USD za kg.

nieruchomości

Struktura krystaliczna neodymu

Właściwości fizyczne

Błyszczący srebrno-biały metal jest jednym z lantanowców i metali ziem rzadkich . Jest nieco bardziej odporny na korozję w powietrzu niż europ , lantan , cer czy prazeodym , ale łatwo tworzy różowo-fioletową warstwę tlenku, która może odpryskiwać w powietrzu.

Właściwości chemiczne

W wysokich temperaturach neodym spala się tworząc półtoratlenek Nd ₂ O ₃ . Reaguje z wodą tworząc wodorotlenek neodymu Nd (OH) ₃ , tworząc wodór . Z wodorem reaguje na wodorek NdH ₂ . Oprócz głównej wartości / stopnia utlenienia 3, stopnie utlenienia 2 i 4 występują również w specjalnych warunkach.

posługiwać się

• Związki neodymowo-żelazowo-borowe do produkcji najsilniejszych magnesów . Stosowane są w tomografach rezonansu magnetycznego , mikrosilnikach i dyskach twardych (pozycjonowanie głowic odczytu / zapisu), wirnikach z magnesami trwałymi (np. Silniki krokowe i serwo), wydajnych maszynach synchronicznych z magnesami trwałymi np. B. w niektórych typach turbin wiatrowych (około jednej szóstej) do napędu pojazdów elektrycznych i hybrydowych oraz jako napędy modelarskie , silniki liniowe do pozycjonowania osi (np. Maszyny CNC), wysokiej jakości głośniki i słuchawki . W porównaniu do magnesów samarowo-kobaltowych są mocniejsze i dużo tańsze, ale też dużo bardziej wrażliwe na ciepło.
• Sole neodymu do barwienia szkliwa
• Kolor niebieskiej porcelany
• Tlenek neodymu (III) do barwienia szkła. Daje bardzo ciepłe odcienie fioletu do czerwonego wina i szarości. Takie okulary mają ostre pasma absorpcyjne i są używane w astronomii do kalibracji .
• Odbarwienie szkła żelaznego
• Okulary absorbujące promieniowanie UV (szkło przeciwsłoneczne)
• Część szeroko rozpowszechnionego w przemyśle neodymowego lasera YAG
• Tytanian baru domieszkowany tlenkiem neodymu do dielektryków kondensatorów
• Ze względu na swoje właściwości piroforyczne jako dodatek stopowy z cerem w kamieniach krzemiennych
• Do produkcji kauczuku polibutadienowego katalizowanego neodymem (Nd-PBR)

spinki do mankietów

Tlenki

• Tlenek neodymu (III) (Nd ₂ O ₃ )

Halogenki

• Fluorek neodymu (II) (NdF ₂ )
• Chlorek neodymu (II) (NdCl ₂ )
• Bromek neodymu (II) (NdBr ₂ ), tylko bezwodny
• Jodek neodymu (II) , (NdI ₂ )

• Bromek neodymu (II, III) (Nd ₄ Br ₉ ), tylko bezwodny

• Fluorek neodymu (III) (NdF ₃ )
• Chlorek neodymu (III) (NdCl ₃ ), bezwodny
• Bromek neodymu (III) (NdBr ₃ ), bezwodny, dwie modyfikacje
• Jodek neodymu (III) (NdI ₃ ), bezwodny

Inne połączenia

• Octan neodymu (III) (Nd (C ₂ H ₃ O ₂ ) ₃ )
• Węglik neodymu (NdC ₂ )
• Azotan neodymu (III) (Nd (NO ₃ ) ₃  6 H ₂ O)
• Neodymu (III), siarczan (ND ₂ (SO ₄ ) ₃  · 8 H ₂ O)
• Siarczek neodymu (III) (Nd ₂ S ₃ )

• 

  Oktawodzian siarczanu neodymu (III)

• 

  Chlorek neodymu (III)

• 

  Siarczan, azotan i chlorek neodymu (III) w roztworze

Inne substancje

Neodym-żelazo-bor (Nd ₂ Fe ₁₄ B) to materiał, z którego można obecnie wykonać najsilniejsze magnesy trwałe. Osiągają remanentną gęstość strumienia do 1,4 Tesli . Natężenie pola koercji H _cJ waha się w zakresie od 870 do 2750 kA / m.

linki internetowe

Wikisłownik: Neodym  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

• Wejście do neodymu. W: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, ostatnia wizyta 3 stycznia 2015.
• metaliczny jasny neodym

Indywidualne dowody

1. ↑ Harry H. Binder: Leksykon pierwiastków chemicznych. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
2. ↑ Wartości właściwości (okienko informacyjne) pochodzą z www.webelements.com (neodym) , chyba że określono inaczej .
3. ↑ CIAAW, Standardowe wagi atomowe poprawione w 2013 r .
4. ↑ ^{b c d e} wejście na neodymu w Kramida, A. Ralchenko Yu, Czytnik J. i NIST ASD zespołu (2019). NIST atomowej Widma bazy danych (wersja 5.7.1.) . Wyd .: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ).  Źródło 11 czerwca 2020 r.
5. ↑ ^{b c d e} Wejście na neodymu w WebElements, https://www.webelements.com , dostępne w dniu 11 czerwca 2020 roku.
6. ^ NN Greenwood, A. Earnshaw: Chemia pierwiastków. Wydanie 1. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9 , s. 1579.
7. ↑ Robert C. Weast (red.): Podręcznik chemii i fizyki CRC . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , str. E-129 do E-145. Wartości są oparte na g / mol i podane w jednostkach cgs. Podana tutaj wartość jest obliczoną z niej wartością SI, bez jednostki miary.
8. ↑ ^{a b} Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Poprawione wartości punktów wrzenia i entalpii parowania pierwiastków w podręcznikach. W: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, s. 328–337; doi: 10.1021 / je1011086 .
9. ↑ ^b Wejście na neodymu, proszek na bazie substancji GESTIS z tej IFA , dostępne w dniu 26 kwietnia 2017 r. (Wymagany JavaScript)
10. ↑ Carl Auer v. Welsbach: Rozkład didymu na jego elementy. W: Miesięczniki dla chemii . 6 (1), 1885, str. 477-491; doi: 10.1007 / BF01554643 .
11. ^ Justin Rowlatt: Ani rzadkie, ani ziemskie . 23 marca 2014 ( bbc.com [dostęp 8 czerwca 2019]). 
12. ↑ ^{a b} neodym. (Już niedostępny w Internecie). Setis.ec.europa.eu, zarchiwizowane od oryginału w dniu 5 marca 2016 r . ; dostęp 26 sierpnia 2015 r .  
13. ↑ Brudny sekret czystych turbin wiatrowych. W: Panorama. 28 kwietnia 2011.
14. ↑ Michelle Röttger: Chiny oczyszczają rynek metali ziem rzadkich. (Badanie) W: Financial Times. 9 czerwca 2011 r., S. 2 , zarchiwizowane od oryginału w dniu 11 czerwca 2011 r . ; Źródło 26 czerwca 2011 r . 
15. ↑ ^{a b} Mandy Schossig: Ziemie rzadkie - dane i fakty. Öko-Institut e. V., Berlin, styczeń 2011.
16. ↑ Raport z badań naukowych 2012–5188 - Ceny metali w Stanach Zjednoczonych do 2010 r. (PDF 2,4 MB, s. 143 (137) Rysunek 6.) USGS , dostęp 26 sierpnia 2015 r. (W języku angielskim).  
17. ^ Kongresowa Służba Badawcza - Pierwiastki ziem rzadkich: Globalny łańcuch dostaw. (PDF 603 kB, s. 11 (7) Rysunek 3) www.fas.org, 16 grudnia 2013, dostęp 26 sierpnia 2015 (angielski).  
18. ↑ Około 2 tony neodymu potrzeba na każdą turbinę wiatrową : "Około dwóch ton neodymu potrzeba na każdą turbinę wiatrową" .