Neodymium (Nd)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
144,242 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f4Nhiệt độ nóng chảy
1020,85 °CNhiệt độ sôi
3073,85 °CKhối lượng riêng
7010 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +2, +3, +4Độ âm điện (Pauling)
1,14Năng lượng ion hóa (lần 1)
5,52475 eVNăm phát hiện
1841Bán kính nguyên tử
185 pmChi tiết
Neodymium is a light lanthanide metal and one of the more abundant rare-earth elements. It occurs in minerals with other lanthanides rather than as a native element. Its chemistry is dominated by the trivalent ion Nd³⁺, which gives many salts and glasses a pink to violet color. Technologically, neodymium is most important in high-strength permanent magnets and in optically active glasses and crystals.
The metal has a bright silvery metallic luster, Neodymium is one of the more reactive rare-earth metals and quickly tarnishes in air, forming an oxide that spalls off and exposes metal to oxidation. The metal, therefore, should be kept under light mineral oil or sealed in a plastic material. Neodymium exists in two allotropic forms, with a transformation from a double hexagonal to a body-centered cubic structure taking place at 863°C.
The name derives from the Greek neos for "new" and didymos for "twin". It was discovered by the Swedish surgeon and chemist Carl Gustav Mosander in 1841, who called it didymium (or twin) because of its similarity to lanthanum, which he had previously discovered two years earlier. In 1885, the Austrian chemist Carl Auer (Baron von Welsbach) separated didymium into two elements, one of which he called neodymium (or new twin).
Neodymium was discovered by Carl F. Auer von Welsbach, an Austrian chemist, in 1885. He separated neodymium, as well as the element praseodymium, from a material known as didymium. Today, neodymium is primarily obtained from through an ion exchange process monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements.
From the Greek word neos meaning new, and didymos, twin. In 1841, Mosander, extracted a rose-colored oxide from cerite , which he believed contained a new element. He named the element didymium, as it was an inseparable twin brother of lanthanum. In 1885 von Welsbach separated didymium into two new elemental components, neodymia and praseodymia, by repeated fractionation of ammonium didymium nitrate. While the free metal is in misch metal, long known and used as a pyrophoric alloy for light flints, the element was not isolated in relatively pure form until 1925. Neodymium is present in misch metal to the extent of about 18%. It is present in the minerals monazite and bastnasite, which are principal sources of rare-earth metals.
Pure neodymium is a bright, silvery metal when freshly cut, but it tarnishes in air as an oxide layer forms. It is relatively soft and can be cut with a knife. The metal slowly reacts with moisture and oxidizes more rapidly when finely divided or heated.
The largest use of neodymium is in neodymium-iron-boron permanent magnets, commonly based on the Nd₂Fe₁₄B phase. These magnets are used in electric motors, generators, hard-disk drives, loudspeakers, sensors, and magnetic couplings. Neodymium-doped yttrium aluminium garnet, Nd:Y₃Al₅O₁₂, is a major solid-state laser material. Neodymium compounds are also used to color and filter glass, including didymium-type eyewear for glassworking.
Neodymium makes up about 18% of Misch metal, a material that is used to make flints for lighters. Neodymium is also a component of didymium glass, which is used to make certain types of welder's and glass blower's goggles. Neodymium is added to glass to remove the green color caused by iron contaminants. It can also be added to glass to create violet, red or gray colors. Some types of glass containing neodymium are used by astronomers to calibrate devices called spectrometers and other types are used to create artificial rubies for lasers. Some neodymium salts are used to color enamels and glazes.
Didymium, of which neodymium is a component, is used for coloring glass to make welders goggles. By itself, neodymium colors glass delicate shades ranging from pure violet through wine-red and warm gray. Light transmitted through such glass shows unusually sharp absorption bands. The glass has been used in astronomical work to produce sharp bands by which spectral lines may be calibrated. Glass containing neodymium can be used as a laser material to produce coherent light. Neodymium salts are also used as a colorant for enamels.
Isotopes in Geochronology
143Nd is a radiogenic isotope produced by decay of 147Sm, with a half-life of 1.06×1011 years. Thus, the isotope-amount ratio n(143Nd)/n(144Nd) can be used for dating rocks on long time scales and as a chemical tracer in geochemistry (Fig. 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).. The very small accumulation of 142Nd in billion-year-old metamorphosed rocks from Greenland [from the relatively short-lived (about 68×106 years) alpha decay of 146Sm] provided evidence that the crust of the Earth formed before the young planet was more than 100×106 years old. This is because only a short amount of time could have elapse to incorporate the 146Sm parent radionuclide into the ancient Greenland minerals before it decayed [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)..
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
146Nd has been used in the production of 147Pm (with a half-life of 2.6 years), via the reaction 146Nd (n, γ) 147Nd, which is followed by a subsequent electron decay reaction, 147Nd→ 147Pm+β - reaction. 147Pm is a radioactive power-generation source [431] C. S. Lee, Y. M. Wang, W. L. Cheng, G. Ting. J. Radioanal. Nucl. Chem.130, 21 (1988)..
Neodymium most commonly forms compounds in the +3 oxidation state, and Nd³⁺ salts are typically pale pink, rose, lavender, or violet depending on ligand and hydration. Important compounds include neodymium(III) oxide, Nd₂O₃, neodymium(III) chloride, NdCl₃, and neodymium(III) fluoride, NdF₃. The oxide is a common intermediate in separation and materials production. Divalent neodymium is known in some solid-state compounds, but it is much less stable and far less common than Nd³⁺ chemistry.
See more information at the Neodymium compound page.
Bulk neodymium metal has low acute toxicity but is reactive as a fine powder and can present a fire hazard. Dusts and soluble salts should be handled as industrial chemical hazards because rare-earth compounds can irritate the eyes, skin, and respiratory tract. Strong neodymium magnets create mechanical hazards: they can pinch skin, shatter on impact, damage magnetic media, and interfere with some implanted medical devices.
Neodymium has a low-to-moderate acute toxic rating. As with other rare earths, neodymium should be handled with care.
Neodymium is widely dispersed in the crust, mainly in rare-earth minerals such as monazite and bastnäsite. In natural waters it is present at very low concentrations and tends to bind to particles, phosphates, carbonates, and organic matter rather than remain as a free ion. Mining and processing can disturb soils and generate waste streams containing other rare earths, thorium, uranium, acids, or salts, depending on the ore and process.
Neodymium is produced by mining rare-earth ores, separating mixed lanthanides through solvent extraction or ion-exchange processes, and reducing suitable halides or oxides to metal when needed. Demand is strongly tied to Nd-Fe-B magnets, often with praseodymium partly substituting for neodymium and dysprosium or terbium added for high-temperature performance. Supply is constrained by the difficulty of separating similar lanthanides and by the environmental controls needed for ore processing. Recycling from magnets is technically possible and increasing, but collection and separation remain limiting factors.
Made from electrolysis of its halide salts, which are made from monazite sand.
Neodymium is produced mainly by neutron-capture nucleosynthesis in evolved stars and stellar explosions, with contributions from both slow and rapid neutron-capture processes. It is less abundant than lighter elements but is a normal trace constituent of the Solar System. Meteorites and planetary rocks contain neodymium in rare-earth patterns useful for geochemical and isotopic studies.
- The name neodymium means “new twin,” reflecting its separation from didymium.
- Natural neodymium consists of several stable isotopes and very long-lived radioactive ¹⁴⁴Nd and ¹⁵⁰Nd.
- Neodymium glass can appear different colors under different lighting because of sharp f-electron absorption bands.
- Nd-Fe-B magnets are usually coated because the alloy corrodes readily.
- Samarium-cobalt magnets tolerate heat better, but Nd-Fe-B magnets usually provide stronger fields for their size.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 185 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 201 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 229 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 7010 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0206 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 1020,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 3073,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,19 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 27,45 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,14 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Ái lực electron
- 1,913 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 5,52475 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 10,783037 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 22,090076 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 40,60014 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 60,000207 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +2, +3, +4 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f4
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,07400114 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 2,829455 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 2,995284 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 2,995284 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 3,388091 eV
Hạt nhân
- Proton
- 60 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 82 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 40 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 1 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Nd-142
- Năm phát hiện
- 1841
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 41,5 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 2,8 × 10−6 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 366 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 22, 8, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7440-00-8 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 5I4
- InChI
- InChI=1S/Nd
- Khóa InChI
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Nd: 4f⁴ 6s²[Xe] 4f⁴ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁴ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 142 Bền | 141,907729 ± 0,000002 | 27,1520% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (1020,85 °C) một lượng 995,9 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 60. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Nd I | 0 | 118 | 9 | 9 |
| Nd II | +1 | 617 | 255 | 600 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +2 | 8 | Không có | 129 pm |
| +2 | 9 | Không có | 135 pm |
| +3 | 6 | Không có | 98.3 pm |
| +3 | 8 | Không có | 110.9 pm |
| +3 | 9 | Không có | 116.3 pm |
| +3 | 12 | Không có | 127 pm |
Hợp chất
Đồng vị (1)
Natural neodymium is a mixture of seven stable isotopes. Fourteen other radioactive isotopes are recognized.
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 142 Bền | 141,907729 ± 0,000002 | 27,1520% ± 0,0400% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 174 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 137 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 295 pm
- UFF
- 357,5 pm
- MM3
- 273 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 284 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 19
- Pettifor
- 30
- Glawe
- 29
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 208 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3560 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 20,58 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1289,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 3347,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (13)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (6)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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, |
Các kiểu phân rã đồng vị (52)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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% |
Hệ số tán xạ tia X (508)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
4.15×101 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Neodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele060.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
2.8×10-6 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Neodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele060.html
Production
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.
Tài liệu tham khảo (1)
- [6] Neodymium https://periodic.lanl.gov/60.shtml
Tài liệu tham khảo
(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.