Неодим (Nd)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
144,242 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f4Температура плавления
1020,85 °CТемпература кипения
3073,85 °CПлотность
7010 kg/m³Степени окисления
0, +2, +3, +4Электроотрицательность (по Полингу)
1,14Энергия ионизации (1-я)
5,52475 eVГод открытия
1841Атомный радиус
185 pmПодробные сведения
Неодим — легкий лантаноидный металл и один из более распространенных редкоземельных элементов. Он встречается в минералах вместе с другими лантаноидами, а не как самородный элемент. Его химия определяется трехвалентным ионом Nd³⁺, который придает многим солям и стеклам розовую или фиолетовую окраску. В технологическом отношении неодим наиболее важен в высокопрочных постоянных магнитах и в оптически активных стеклах и кристаллах.
Металл обладает ярким серебристым металлическим блеском, неодим является одним из более реакционноспособных редкоземельных металлов и быстро тускнеет на воздухе, образуя оксид, который отслаивается и открывает металл для окисления. Поэтому металл следует хранить под легким минеральным маслом или в пластиковой оболочке. Неодим существует в двух аллотропных формах, с переходом от двойной гексагональной к объемноцентрированной кубической структуре при 863°C.
Название происходит от греческого neos — «новый» и didymos — «близнец». Он был открыт шведским хирургом и химиком Карлом Густавом Мосандером в 1841 году, который назвал его дидимом (или близнецом) из-за его сходства с лантаном, который он ранее открыл двумя годами раньше. В 1885 году австрийский химик Карл Ауэр (барон фон Вельсбах) разделил дидим на два элемента, один из которых он назвал неодимом (или новым близнецом).
Неодим был открыт Карлом Ф. Ауэром фон Вельсбахом, австрийским химиком, в 1885 году. Он выделил неодим, а также элемент празеодим, из вещества, известного как дидим. В настоящее время неодим главным образом получают посредством ионообменного процесса из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами.
От греческого слова neos, означающего новый, и didymos — близнец. В 1841 году Мосандер извлёк из церита розово окрашенный оксид, который, как он полагал, содержал новый элемент. Он назвал элемент дидимом, поскольку он был неразлучным братом-близнецом лантана. В 1885 году фон Вельсбах разделил дидим на два новых элементных компонента — неодимию и празеодимию — путём многократного фракционирования нитрата аммония дидима. Хотя свободный металл содержится в миш-металле, давно известном и используемом как пирофорный сплав для кремней зажигалок, элемент не был выделен в относительно чистой форме до 1925 года. Неодим присутствует в миш-металле в количестве около 18%. Он присутствует в минералах монаците и бастнезите, которые являются основными источниками редкоземельных металлов.
Чистый неодим при свежем срезе представляет собой яркий серебристый металл, но на воздухе он тускнеет по мере образования оксидного слоя. Он относительно мягок и может быть разрезан ножом. Металл медленно реагирует с влагой и окисляется быстрее в мелкоизмельченном виде или при нагревании.
Наибольший объем применения неодима приходится на постоянные магниты на основе системы неодим-железо-бор, обычно на фазе Nd₂Fe₁₄B. Эти магниты используются в электродвигателях, генераторах, жестких дисках, громкоговорителях, датчиках и магнитных муфтах. Иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом, Nd:Y₃Al₅O₁₂, является важным твердотельным лазерным материалом. Соединения неодима также используются для окрашивания и фильтрации стекла, включая очки типа дидимия для стеклодувных работ.
Неодим составляет около 18% мишметалла — материала, используемого для изготовления кремней для зажигалок. Неодим также является компонентом дидимового стекла, которое используется для изготовления некоторых типов защитных очков для сварщиков и стеклодувов. Неодим добавляют в стекло, чтобы устранить зелёный цвет, вызванный примесями железа. Его также можно добавлять в стекло для получения фиолетовой, красной или серой окраски. Некоторые типы стекла, содержащего неодим, используются астрономами для калибровки приборов, называемых спектрометрами, а другие типы применяются для создания искусственных рубинов для лазеров. Некоторые соли неодима используются для окрашивания эмалей и глазурей.
Дидим, компонентом которого является неодим, используется для окраски стекла при изготовлении защитных очков для сварщиков. Сам по себе неодим окрашивает стекло в тонкие оттенки от чисто фиолетового до винно-красного и тёплого серого. Свет, проходящий через такое стекло, показывает необычно резкие полосы поглощения. Такое стекло использовалось в астрономических работах для получения чётких полос, по которым можно калибровать спектральные линии. Стекло, содержащее неодим, можно использовать как лазерный материал для получения когерентного света. Соли неодима также используются как краситель для эмалей.
Изотопы в геохронологии
143Nd — радиогенный изотоп, образующийся в результате распада 147Sm, с периодом полураспада 1.06×1011 лет. Таким образом, отношение количеств изотопов n(143Nd)/n(144Nd) может использоваться для датирования пород на больших временных интервалах и как химический трассер в геохимии (рис. IUPAC.60.1) [427] M. T. McCullocha, M. R. Perfita. Earth. Planet. Sci. Lett.56, 167 (1981)., [428] R. Eichhorn, R. Höll, E. Jagoutz, U. Schärer. Geochim. Cosmochim. Acta61, 5005 (1997).. Очень малое накопление 142Nd в метаморфизованных породах Гренландии возрастом в миллиарды лет [в результате относительно короткоживущего (около 68×106 лет) альфа-распада 146Sm] дало свидетельства того, что кора Земли сформировалась до того, как молодая планета достигла возраста более 100×106 лет. Это объясняется тем, что должно было пройти лишь короткое время, чтобы включить родительский радионуклид 146Sm в древние гренландские минералы до его распада [429] M. G. Jackson, S. R. Hart, A. A. P. Koppers, H. Staudigel, J. Konter, J. Blusztajn, M. Kurz, J. A. Russell. Nature448, 684 (2007)., [430] G. Caro, B. Bourdon, J. L. Birck, S. Moorbath. Nature423, 428 (2003)..
Изотопы, используемые как источник радиоактивного изотопа(ов)
146Nd использовался для получения 147Pm (с периодом полураспада 2.6 года) посредством реакции 146Nd (n, γ) 147Nd, за которой следует последующая реакция электронного распада 147Nd→ 147Pm+β -. 147Pm является радиоактивным источником для выработки энергии [431] C. S. Lee, Y. M. Wang, W. L. Cheng, G. Ting. J. Radioanal. Nucl. Chem.130, 21 (1988)..
Неодим чаще всего образует соединения в степени окисления +3, а соли Nd³⁺ обычно имеют бледно-розовую, розовую, лавандовую или фиолетовую окраску в зависимости от лиганда и гидратации. Важные соединения включают оксид неодима(III), Nd₂O₃, хлорид неодима(III), NdCl₃, и фторид неодима(III), NdF₃. Оксид является распространённым промежуточным продуктом при разделении и производстве материалов. Двухвалентный неодим известен в некоторых твёрдофазных соединениях, но он гораздо менее стабилен и встречается значительно реже, чем химия Nd³⁺.
See more information at the Neodymium compound page.
Крупнообъемный металлический неодим обладает низкой острой токсичностью, но в виде мелкого порошка реакционноспособен и может представлять пожарную опасность. Пыли и растворимые соли следует рассматривать как промышленные химические опасности, поскольку соединения редкоземельных элементов могут раздражать глаза, кожу и дыхательные пути. Сильные неодимовые магниты создают механические опасности: они могут защемлять кожу, разлетаться при ударе, повреждать магнитные носители и мешать работе некоторых имплантированных медицинских устройств.
Неодим обладает низкой или умеренной острой токсичностью. Как и с другими редкоземельными элементами, с неодимом следует обращаться осторожно.
Неодим широко распространён в земной коре, главным образом в редкоземельных минералах, таких как монацит и бастнезит. В природных водах он присутствует в очень низких концентрациях и, как правило, связывается с частицами, фосфатами, карбонатами и органическим веществом, а не остаётся в виде свободного иона. Добыча и переработка могут нарушать почвы и образовывать потоки отходов, содержащие другие редкоземельные элементы, торий, уран, кислоты или соли, в зависимости от руды и процесса.
Неодим производится путем добычи редкоземельных руд, разделения смешанных лантаноидов методами экстракции растворителями или ионного обмена и, при необходимости, восстановления подходящих галогенидов или оксидов до металла. Спрос тесно связан с магнитами Nd-Fe-B, часто при частичной замене неодима празеодимом и добавлении диспрозия или тербия для высокотемпературных характеристик. Предложение ограничено трудностью разделения сходных лантаноидов и экологическими мерами, необходимыми при переработке руд. Переработка магнитов технически возможна и становится все более распространенной, но сбор и разделение по-прежнему остаются ограничивающими факторами.
Получают электролизом его галогенидных солей, которые получают из монацитового песка.
Неодим образуется главным образом в результате нуклеосинтеза захвата нейтронов в эволюционировавших звёздах и звёздных взрывах, при участии как медленного, так и быстрого захвата нейтронов. Он менее распространён, чем более лёгкие элементы, но является обычным следовым компонентом Солнечной системы. Метеориты и планетарные породы содержат неодим в редкоземельных распределениях, полезных для геохимических и изотопных исследований.
- Название неодим означает «новый близнец», отражая его выделение из дидимия.
- Природный неодим состоит из нескольких стабильных изотопов и очень долгоживущих радиоактивных ¹⁴⁴Nd и ¹⁵⁰Nd.
- Стекло с неодимом может выглядеть по-разному при различном освещении из-за узких f-электронных полос поглощения.
- Магниты Nd-Fe-B обычно покрывают, поскольку сплав легко корродирует.
- Магниты самарий-кобальт лучше выдерживают нагрев, но магниты Nd-Fe-B обычно обеспечивают более сильные поля при тех же размерах.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 185 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 201 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 229 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 7010 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0206 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1020,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3073,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,19 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,45 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,14 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 1,913 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,52475 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 10,783037 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 22,090076 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 40,60014 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 60,000207 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +2, +3, +4 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f4
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,07400114 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 2,829455 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 2,995284 eV
- Теплота атомизации
- 2,995284 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,388091 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 60 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 82 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 40 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Nd-142
- Год открытия
- 1841
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 41,5 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 2,8 × 10−6 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 366 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 22, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-00-8 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 5I4
- InChI
- InChI=1S/Nd
- Ключ InChI
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Nd: 4f⁴ 6s²[Xe] 4f⁴ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁴ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 142 Стабильный | 141,907729 ± 0,000002 | 27,1520% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 995,9 °C ниже температуры плавления (1020,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 60. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Nd I | 0 | 118 | 9 | 9 |
| Nd II | +1 | 617 | 255 | 600 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Nd I | 0 | 739 |
| Nd II | +1 | 840 |
| Nd III | +2 | 31 |
| Nd IV | +3 | 19 |
| Nd V | +4 | 2 |
| Nd VI | +5 | 2 |
| Nd VII | +6 | 2 |
| Nd VIII | +7 | 2 |
| Nd IX | +8 | 2 |
| Nd X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +2 | 8 | Нет данных | 129 пм |
| +2 | 9 | Нет данных | 135 пм |
| +3 | 6 | Нет данных | 98.3 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 110.9 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 116.3 пм |
| +3 | 12 | Нет данных | 127 пм |
Соединения
Изотопы (1)
Natural neodymium is a mixture of seven stable isotopes. Fourteen other radioactive isotopes are recognized.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 142 Стабильный | 141,907729 ± 0,000002 | 27,1520% ± 0,0400% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 174 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 137 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 295 pm
- UFF
- 357,5 pm
- MM3
- 273 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 284 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 19
- Pettifor
- 30
- Glawe
- 29
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 208 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3560 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 20,58 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1289,15 K |
| Температура кипения | 3347,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,1868 |
| 2 | p | 4,2434 |
| 2 | s | 15,7838 |
| 3 | d | 13,8432 |
| 3 | p | 19,311 |
| 3 | s | 19,6572 |
| 4 | d | 33,1908 |
| 4 | f | 37,734 |
| 4 | p | 29,986 |
| 4 | s | 29,0136 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (6)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 2 | VIII | 143 | ||
| 2 | IX | 149 | ||
| 3 | VI | 112,3 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 124,9 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 130,3 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | XII | 141 | estimated, |
Типы распада изотопов (52)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 124 | B+ | — |
| 124 | B+p | — |
| 125 | B+ | 100% |
| 125 | B+p | 0% |
| 126 | B+ | — |
| 126 | B+p | — |
| 127 | B+ | 100% |
| 127 | B+p | — |
| 128 | B+ | — |
| 129 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (508)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,24448 |
| 10,1617 | — | 0,25177 |
| 10,3261 | — | 0,25926 |
| 10,4931 | — | 0,26698 |
| 10,6628 | — | 0,27494 |
| 10,8353 | — | 0,28312 |
| 11,0106 | — | 0,29156 |
| 11,1886 | — | 0,30024 |
| 11,3696 | — | 0,30918 |
| 11,5535 | — | 0,31839 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
4.15×101 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Neodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele060.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
2.8×10-6 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Neodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele060.html
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
The element may be obtained by separating neodymium salts from other rare earths by ion-exchange or solvent extraction techniques, and by reducing anhydrous halides such as NdF3 with calcium metal. Other separation techniques are possible.
Источники (1)
- [6] Neodymium https://periodic.lanl.gov/60.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Neodymium.
The element property data was retrieved from publications.