Неодим

Неодим (, ) — хімічний елемент. Символ Nd, ат. н. 60, ат. м. 144,24, належить до лантаноїдів. Сріблясто-білий метал. Нижче 885 °C кристалічна ґратка гексагональна, щільно упакована (α-Nd), вище — кубічна (β-Nd). Густина 7,007 г/см³. tпл = 1024 °C; tкип = 3030 °C.

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

Історія У 1843 році Карл Густав Мосандер повідомив про розкладання церівої землі на власне церієву, а також лантанову і дідимієву. За властивостями дідим був дуже схожим на лантан, тому й отримав назву від . Пізніше, при очищенні дідиму були отримані самарій і гадоліній, і, нарешті, у 1885 році австрійський хімік Карл Ауер фон Вельсбах встановив, що сам дідим є сумішшю двох елементів, що отримали назви неодим і празеодимЛантаноиды.

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 неодимуNeodymium.

Фізичні властивості

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

Хімічні властивості Неодим повільно, а при температурі вище 150 °C активно реагує з киснем повітря з утворенням неодим (III) 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) іона який забарвлює розчин у ліловий колір (існує як [Nd(OH2)9]3+ комплекс)

2 Nd (тв) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Nd3+ (aq) + 3 SO (aq) + 3 H2 (г)

Ізотопи Природний неодим складається з 7 ізотопів. П'ять з них — стабільні, ще два — мають дуже великі періоди напіврозпадуIsotopes of the Element Neodymium. Масове число Частка в 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 Nd147 (10,98 доби) і Nd140 (3,37 доби).

Розповсюдження Неодим — другий за розповсюдженістю серед лантаноїдів (після церію). Середній вміст неодиму в земній корі за масою становить 3,3×10−3 %, у світовому океані — 2,8×10−10 %, у Всесвіті — 10−6 %Technical data for Neodymium.

Як і решта лантаноїдів, неодим присутній у багатьох рідкісноземельних мінералах — ксенотимі, монациті, ортиті, бастнезиті тощо. У таких мінералах як ешиніт і гадолініт неодим є домінантним рідкісноземельним елементомAeschynite-(Nd)Gadolinite-(Nd).

Країни з великими запасами рідкісноземельних мінералів — Китай, Бразилія, В'єтнамTop Rare Earth Reserves by Country. У 2017 році Китай контролював 80 % усього світового видобутку неодимуA rare metal called neodymium is in your headphones, cellphone and electric cars like Tesla's Model 3 — and China controls the world's supply.

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

Застосування

Магніти Близько 80 % усього добуваного у світі неодиму використовують для виготовлення магнітівRare Earth Elements—End Use and Recyclability. Неодимові магніти є найсильнішими з доступних постійних магнітів — їх залишкова намагніченість досягає 1,5 тесли (у кілька разів вища за феритові магніти)Magnet Grades. Неодимові магніти використовують в електромоторах, жорстких дисках, мікрофонах і навушниках, апаратах для магнітно-резонансної томографії тощо.

Металургія Мішметал (суміш рідкісноземельних металів, яку використовують 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.

Близько 8 % неодиму використовують у цих цілях.

Виробництво батарей Аноди у нікель-метал-гідридних акумуляторах виробляють зі сплаву рідкісноземельних металів, що містить неодим. Цей сплав використовують через здатність цих металів поглинати великі кількості водню, що виділяється під час роботи акумулятора.Characterization of spent nickel–metal hydride batteries and a preliminary economic evaluation of the recovery processes.

Близько 5 % неодиму використовують у цих цілях.

Виробництво скла

Оксиду неодиму Nd2O3 використовують для надання склу і кераміці лавандового відтінку. Таке скло змінює свій колір залежно від освітлення (т. зв. «олександритовий ефект»), тому його використовують в окулярах-хамелеонах. Окуляри з такого скла збільшують контрастність червоного і зеленого кольору, тому їх використовують люди з порушеним кольоросприйняттям. Також, смуга найглибшого поглинання такого скла практично збігається зі спектром випромінювання натрію, тому його можна використовувати як оптичний фільтр. Іноді в окулярах замість неодиму використовують його сплав з празеодимом — такі окуляри називають «дидимовими»Что такое «Неодимовое стекло» .

Скло, ітрій-алюмінієві гранати, гадоліній-скандій-галіеві гранати з домішкою неодиму використовують як робочі тіла для інфрачервоних лазерів. Типові довжини хвилі неодимових лазерів — від 0,9 до 1,8 мкмнеодимовый лазер.

Інше Неодимові каталізатори використовують у гумовій промисловості для пришвидшення деяких реакцій полімеризаціїA Highly Reactive and Monomeric Neodymium Catalyst.

Сплав з неодиму з ербієм використовують у кріотехніціNeodymium.

Примітки

Література Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

Посилання Техніка безпеки при роботі з неодимовими магнітами