Neodimijum metal. Metalni neodim: svojstva, proizvodnja i primena Primena neodimijuma

Neodimijum je hemijski element sa simbolom Nd i atomskim brojem 60. To je mekani, srebrnasti metal koji tamni na vazduhu. Otkrio ga je 1885. godine austrijski hemičar Carl Auer von Welsbach. Supstanca je prisutna u značajnim količinama u naslagama monazitnog peska iu mineralima kao što je bastnäsite.

Priča

Rijetki zemni metal neodimijum otkrio je austrijski hemičar baron Karl Auer von Welsbach u Beču 1885. godine. Naučnik je izolovao novu supstancu (kao i element prazeodimijum) iz materijala poznatog kao didimijum frakcionom kristalizacijom dvostrukog amonijum nitrata tetrahidrata iz azotne kiseline, nakon odvajanja spektroskopskom analizom. Međutim, sve do 1925. nije bilo moguće dobiti element u njegovom čistom obliku.

Do kraja 1940-ih, glavna komercijalna metoda bila je dvostruka kristalizacija nitrata. Metoda je neefikasna, a količina dobivene tvari je mala. Lindsay Chemical Division je pionir proizvodnje neodimijuma velikih razmjera prečišćavanjem ionskom izmjenom. Od 1950-ih, visoko pročišćeni (iznad 99%) element se uglavnom proizvodi postupkom ionske izmjene iz monazita bogatog rijetkim zemljom elektrolizom njegovih halogenih soli.

Trenutno se većina metalnog neodimijuma ekstrahuje iz bastnäsite. Napredak u tehnologiji i razvoj poboljšanih metoda čišćenja učinili su da se široko koristi u industriji.

Opis

Hemijski element se ne pojavljuje prirodno u metalnom obliku, on je odvojen od supstance didimijum, u kojoj je pomiješan s drugim lantanidima (posebno s prazeodimijumom). Iako je neodim klasifikovan kao rijetka zemlja, prilično čest element, koji se pojavljuje ne manje od kobalta, nikla ili bakra, i široko je rasprostranjen u zemljinoj kori. Većina supstance se iskopava u Kini.

Jedinjenja neodimijuma prvi put su komercijalno korištena kao bojila za staklo 1927. godine, a i dalje su popularni aditivi u naočalnim sočivima. Boja neodimijumskih spojeva zbog prisustva iona Nd 3+ često ima crvenkasto-ljubičastu nijansu, ali se to mijenja ovisno o vrsti osvjetljenja.

Aplikacija

Neodimijumom dopirana sočiva se koriste u laserima koji emituju infracrveno zračenje sa talasnom dužinom od 1047 do 1062 nanometra. Koriste se u sistemima sa izuzetno velikom snagom, kao što su eksperimenti sa inercijskim zadržavanjem.

Neodimijum se takođe koristi sa drugim kristalima (kao što je itrijum-aluminijumski granat) u Nd:YAG seriji lasera. Ova postavka obično emituje infracrvene zrake sa talasnom dužinom od oko 1064 nm. Jedan je od najčešće korištenih

Još jedna važna upotreba neodimijumskog metala je kao ojačavajuća komponenta u legurama koje se koriste za izradu snažnih trajnih magneta visoke čvrstoće. Široko se koriste u proizvodima kao što su mikrofoni, profesionalni zvučnici, slušalice u ušima, DC motori visokih performansi, hard diskovi računara - gdje je potrebna mala magnetna masa (volumen) ili jaka magnetna polja.

Veliki neodimijumski magneti se koriste u električnim motorima velike snage i težine (npr. hibridni automobili) i generatorima (npr. električni generatori za avione i vetroparkove). Također, element se koristi za stvrdnjavanje nekih legura. Na primjer, titan postaje jedan i pol puta jači nakon dodavanja samo 1,5% ove tvari.

Physical Properties

Neodimijum je prisutan u klasičnom mišmetalu (legura rijetkih zemnih elemenata), gdje je njegova koncentracija obično reda veličine 18%. U svom čistom obliku, element ima svijetli srebrno-zlatni metalni sjaj, ali brzo oksidira u običnom zraku. Oksidni sloj se formira i ljušti, izlažući metal daljoj oksidaciji. Tako se centimetarski uzorak tvari potpuno oksidira u roku od godinu dana.

Neodim obično postoji u dva alotropna oblika, sa transformacijom od centra do centra iz dvostruke heksagonalne kubične strukture. Počinje da se topi na 1024°C i ključa na 3074°C. Gustoća supstance u čvrstoj fazi je 7,01 g / cm 3, u tečnom stanju - 6,89 g / cm 3.

Atomska svojstva:

• Oksidacijsko stanje: +4, +3, +2 (bazni oksid).
• Elektronegativnost: 1,14 (skala glasanja).
• Toplotna provodljivost: 16,5 W/(m K).
• Energija jonizacije: 1: 533,1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
• Poluprečnik atoma: 181 pikometar.

Hemijska svojstva

Metal neodimijum polako tamni na vazduhu i lako gori na oko 150°C da formira neodimijum(III) oksid:

4Nd + 3O 2 → 2Nd 2 O 3

To je elektropozitivni element. Polako reaguje sa hladnom vodom, ali prilično brzo sa toplom, formirajući neodimijum (III) hidroksid:

2Nd(s) + 6H 2 O(l) → 2Nd(OH) 3 (aq) + 3H 2 (g)

Metal snažno reaguje sa svim halogenima, lako se otapa u razblaženoj sumpornoj kiselini i formira rastvore koji sadrže ljubičasti ion Nd(III).

Proizvodnja

Neodimijum se nikada ne pojavljuje kao slobodan element u prirodi. Iskopava se iz ruda kao što su bastnäsite i monazit, u kojima je povezan s drugim lantanidima i drugim elementima. Glavna rudarska područja ovih minerala nalaze se u Kini, SAD-u, Brazilu, Indiji, Šri Lanki i Australiji. Mala ležišta su takođe istražena u Rusiji.

Rezerve neodimijuma procjenjuju se na oko 8 miliona tona. Njegova koncentracija u Zemljinoj kori iznosi oko 38 mg/kg, što je drugo po veličini među elementima retkih zemalja nakon cerija. Svjetska proizvodnja metala iznosi oko 7000 tona. Najveći dio proizvodnje pripada Kini. Vlada NRK-a je nedavno prepoznala ovaj element kao strateški važan i uvela ograničenja na njegov izvoz, što je izazvalo određenu zabrinutost u zemljama potrošačima i izazvalo naglo povećanje cijene neodimijuma na 500 dolara. Danas prosječna cijena po kilogramu čistog metala varira između 300-350 dolara, neodimijum oksidi su jeftiniji: 70-130 dolara.

Postoje slučajevi kada je vrijednost metala pala na 40 dolara zbog ilegalne trgovine, zaobilazeći ograničenja kineske vlade. Neizvjesnost cijena i dostupnosti dovela je do toga da japanske kompanije razviju trajne magnete i povezane elektromotore s manje ili nimalo rijetkih zemalja.

neodimijum neodimijum

(lat. Neodymium), hemijski element III grupe periodnog sistema, pripada lantanidima. Ime od grčkog néos - novi i dídymos - blizanac (praseodymium) povezano je sa istorijom otkrića. Metal; gustina 6,908 g/cm 3, t pl 1016°C. Komponenta legura (na primjer, sa Mg, Al ili Ti) za proizvodnju aviona i raketa, laserski materijali.

NEODIM (lat. Neodimium), Nd (čitaj "neodimijum"), hemijski element sa atomskim brojem 60, atomska masa 144,24. Sastoji se od pet izotopa 142 Nd (27,07%), 143 Nd (12,17%), 145 Nd (8,30%), 146 Nd (17,22%) i 148 Nd (5,78%) i radioaktivnih izotopa 144 Nd (23,78%) T 1/2 = 5,10 15 godina) i 150 Nd (5,67%, poluživot T 1/2 = 2,10 15 godina). Konfiguracija vanjskih elektronskih slojeva 4 s 2 str 6 d 10 f 4 5s 2 str 6 6s 2 . Oksidacijska stanja u jedinjenjima su +3 (valencija III), rjeđe +4 i +2 (valence IV i II).
Odnosi se na rijetke zemne elemente (cerijeva podgrupa lantanida). Nalazi se u grupi III B u 6. periodu periodnog sistema.
Radijus neutralnog atoma je 0,182 nm, poluprečnik iona Lu 3+ je 0,112-0,141 nm, jona Nd 2+ je 0,143-0,149 nm. Energije jonizacije 5,49, 10,72, 22,1, 40,41 eV. Elektronegativnost prema Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,07.
Istorija otkrića
Neodimijum je 1885. godine otkrio austrijski hemičar C. Auer von Welsbach (cm. AUER von WELSSBACH Carl), koji je ustanovio da je 1839. otkrio francuski hemičar C. G. Mosander (cm. MOSANDER Carl Gustav) element didimijum je zapravo mešavina dva elementa sa sličnim fizičkim i hemijskim svojstvima, kojima je dao imena neodim i prazeodim (cm. PRASEODIM). Povijest otkrića neodimijuma ogleda se u njegovom nazivu (od grčkog neos - novi i didymos - dvostruki).
Biti u prirodi
Neodimijum je jedan od najčešćih elemenata retkih zemalja. Njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 2,5 10 -3%, u morskoj vodi 9,2 10 -6 mg/l. Uključeno u minerale bastnezit (cm. BASTNEZIT), monazit (cm. MONACITE) i loparit (cm. LOPARIT).
Potvrda
Prilikom odvajanja rijetkih zemnih elemenata, neodimijum se koncentriše zajedno sa lakim lantanidima i oslobađa se zajedno sa prazeodimijumom. Dalje odvajanje se vrši ionskom hromatografijom ili ekstrakcijskim metodama. Neodimijum metal se dobija elektrolizom taline neodimijum hlorida ili fluorida NdF 3 , NdCl 3 .
Fizička i hemijska svojstva
Neodimijum je metal svetlo sive boje. Ispod 885°C, a-modifikacija sa heksagonalnom rešetkom tipa lantana je stabilna, a= 0,36579 nm i c = 1,17002 nm, iznad 885°C i do tačke topljenja od 1016°C - b-modifikacija sa a-Fe-tipom kubične rešetke. Tačka ključanja 3027°C, a-Nd gustina 6,908 kg/dm 3 .
Neodim je manje otporan na oksidaciju od teških lantanida. Kada se zagrije na zraku, brzo oksidira, formirajući Nd 2 O 3 oksid. Burno reaguje sa kipućom vodom oslobađajući vodik i formirajući Nd (OH) 3 hidroksid:
2Nd + 6H 2 O \u003d 3Nd (OH) 3 + 3H 2
Kada se zagrije, reagira s halogenima, dušikom, vodonikom, sumporom i drugim nemetalima. Burno reaguje sa mineralnim kiselinama.
Oksid Nd 2 O 3 ima osnovna svojstva, odgovara bazi Nd (OH) 3 srednje jačine. U vodi rastvorljive soli neodimijuma uključuju hlorid, nitrat, acetat i sulfat, a slabo rastvorljive soli uključuju oksalat, fluor, karbonat i fosfat.
Aplikacija
Neodimijum - komponenta mismetala, lakih legura sa magnezijumom (cm. MAGNEZIJUM) i aluminijum. (cm. ALUMINIJUM) Legura neodimijuma, gvožđa (cm. GVOŽĐE) i bor (cm. BOR (hemijski element)) koristi se za izradu trajnih magneta. Oksid i fosfat neodimija - pigment pri kuhanju stakla u boji, keramike. Neodimijum oksid Nd 2 O 3 koristi se u topljenju neodimijum stakla (laserski materijal), služi kao aditiv u proizvodnji itrij-aluminijumskih granata.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta je "neodim" u drugim rječnicima:

- (Neodimijum), Nd, hemijski element III grupe periodnog sistema, atomski broj 60, atomska masa 144,24; odnosi se na rijetke zemne elemente; metal. Neodim je prvi nabavio austrijski hemičar K. Auer von Welsbach 1885. Moderna enciklopedija

neodimijum- (Neodimijum), Nd, hemijski element III grupe periodnog sistema, atomski broj 60, atomska masa 144,24; odnosi se na rijetke zemne elemente; metal. Neodimijum je prvi nabavio austrijski hemičar C. Auer von Welsbach 1885. ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

- (lat. Neodymium) Nd, hemijski element III grupe periodnog sistema, atomski broj 60, atomska masa 144,24, pripada lantanidima. Ime od grčkog neos new i didymos twin (praseodymium) povezano je sa istorijom otkrića. Metal;… … Veliki enciklopedijski rječnik

- (simbol Nd), srebrno-žuti hemijski element, metal, pripada lantanidima. Prvi put je izolovan u obliku oksida 1885. Čisti metal je dobijen 1925. Nalazi se uglavnom u naslagama monazita i bastnazita. Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

Neodim (Nd) je rijetki zemni metal, atomski broj 60, atomska masa 144,24, tačka topljenja 1024°C, gustina 6,9 g/cm3.
Ovaj element je dobio ime po dvije grčke riječi: neo-novi i dim - blizanac. Neodimijum je otkriven 1885. godine kada je didimijum, hipotetički element, razdvojen na prazeodim i neodim. U svom čistom obliku, dobijen je tek 1925. godine.
Sirovine za dobivanje neodimijuma su prirodni minerali loparit, eudijalit, Khibiny apatit, bastnacit. Takođe se dobija od Khibiny apatit fosfogipsa i Tomtor prirodnog koncentrata. U svim ovim mineralima i spojevima sadržan je u obliku oksida.

Neodim je metal srebrno-sive boje, lako oksidira na zraku, tvrdoća je niska. Sadrži sedam izotopa, od kojih su dva radioaktivna i imaju veoma dug poluživot. Umjetni radioizotopi neodimija su kratkog vijeka, s poluživotom do 12 dana. U prirodi ima dosta neodima - u 1 toni minerala zemljine kore sadrži od 10 do 100 grama, što je mnogo više od njegovog blizanca, prazeodima. Općenito, postoji određena karakteristika distribucije lantanida u prirodi - ovi elementi s parnim atomskim brojevima češći su u zemljinoj kori nego s neparnim.

RECEIVING.

Kada se REM kompleksi odvoje, neodimijum se koncentriše u lakim lantanidima, a zatim se oslobađa zajedno sa prazeodimijumom - ova mešavina se naziva didimijum, u skladu sa originalnim nazivom mešavine ovih elemenata. Neodimijum se dobija elektrolizom iz taline bezvodnih halogenida ili kalcijum-termalnom redukcijom. Talina koja sadrži neodimijum fluoride i kloride podvrgava se elektrolizi na 1000°C, katodne gustine struje 4,7 A/cm2, sa grafitnom anodom i katodom.

PRIMJENA.

Uvod

opšte karakteristike

Istorija otkrića

Prirodno obilje i prirodni izotopi

Potvrda

Physical Properties

Hemijska svojstva

Jedinjenja neodimijuma

Aplikacija

Zaključak

Književnost

Uvod

Među 110 poznatih hemijskih elemenata, postoji 14 elemenata blizanaca čija su svojstva slična jedni drugima, poput dvije kapi vode. To su takozvani elementi rijetkih zemalja ili lantanidi. U periodičnom sistemu hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, oni se nalaze u jednoj ćeliji. Razlog ovakvog rasporeda rijetkih zemljanih elemenata je posebnost njihove elektronske strukture i kao rezultat toga izuzetno bliskost njihovih svojstava.

Dugo su se ovi elementi smatrali rijetkima. Tek su istraživanja posljednjih decenija pokazala da ih u zemljinoj kori ima više, mnogo više od metala kao što su olovo, živa i zlato, poznatih ljudima od davnina. Lantanidi su smatrani neperspektivnim za praksu. Izrada kremena za upaljače bila je njihova glavna upotreba.

Razvoj tehnologije, uglavnom nuklearne, zahtijevao je nove materijale sa širokim spektrom svojstava. Naučnici i inženjeri su svoju pažnju usmjerili na elemente rijetke zemlje. Sada su oni jedan od najvažnijih materijala nove tehnologije. Od svemirskih raketa do droge - takav je raspon njihove primjene.

Stoga je vrlo važno proučiti njihova pojedinačna svojstva i tražiti nove primjene.

opšte karakteristike

Neodimijum (od grčkog neos - novi i didymos - blizanac, blizanac) je hemijski element grupe III 6. perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, pripada retkim zemnim elementima - lantanidi.

Osnovne konstante i svojstva neodimija:

Atomski broj60atumska masa144.24broj poznatih izotopes24-miropis, g / cm37.008melting tačaka, + 3oionizacijski potencijal, ev-0.52relativna elektronegativnost1,07ekternalni konfiguracija3,4 atomske školjke4F46S2atomički radijus, PM182Colanentni polumjer , pm164Jonski radijus (Nd3+), pm104Clark, %2,5*10-3

Istorija otkrića

U srednjem vijeku alhemičari su identificirali grupu supstanci koje su bile gotovo netopive u vodi i kiselinama (iz kiselih otopina se nisu oslobađali mjehurići plina), nisu se mijenjali pri zagrijavanju, nisu se topili i imale su alkalni karakter. Takve supstance su dobile uobičajeno ime zemljište .

1787. godine, poručnik švedske vojske Karl Arrhenius otkrio je nepoznati mineral u napuštenom kamenolomu u blizini grada Ytterby, koji je kasnije dobio ime po gradu u kojem je pronađen, ytterbite. Johan Gadolin je 1794. analizirao iterbit i pokazao da ovaj mineral, pored oksida berilijuma, silicijuma i gvožđa, sadrži 38% oksida nepoznatog elementa. Novo zemlja Axel Exberg 1797. imenovan itrijum , odgovarajući element je itrijum. Otprilike u isto vrijeme, različite grupe istraživača proučavale su još jedan mineral - ohroit (Ln2o3 xSiO2 yH2O, gdje je Ln lantanid), a 1803. godine, gotovo istovremeno i nezavisno jedan od drugog, Martin Klaproth i J. Berzelius sa W. Hisingerom izolovali su iz to zemlja , koji je dobio ime cerijum , element je cerij, a mineral okrit je preimenovan u cerit. Otkriće prvog lantanidnog elementa, cerija i njegovog relativno - itrijum - najturbulentniji dio prve etape istorije rijetkih zemljanih elemenata. Od ova dva zemljišta protezao dugačak lanac lažnih i istinitih otkrića novih elemenata.

Godine 1839. Carl Mossander je, proučavajući cerij nitrat, otkrio primjesu nepoznatog elementa u njemu. Nakon što ga je pregledao, došao je do zaključka da se radi o novom zemlja i on ju je pozvao lantan , a element je lantan. 1841. K. Mossander izdvaja iz novog zemljište još jedan. Vrlo je ličila zemlja lantana , pa je element koji mu odgovara nazvan didim - od grčke riječi didymos - duplo , ili duplo .

Godine 1878. francuski hemičar M. Delyafontaine otkrio je heterogenost didimijuma, a 1879. L. Boisbaudran je izolovao frakciju iz njega, odgovarajući element je nazvan samarijum, a didimijum je i dalje bio naveden kao element. Ali 1885. godine austrijski hemičar Carl Auer von Welsbach razdvojio je didimijum na dva elementa. Da bi to učinio, koristio je metodu frakcijske kristalizacije dvostrukih amonijevih soli: jedna frakcija je uključivala zelene soli (odgovarale su blijedozelenom oksidu), druga - ljubičaste do crvene soli (odgovarale su sivkasto-plavom oksidu). Element koji daje zelene soli nazvao je prazeodimijumom, a drugi element neodimijumom (tj. novim didimijumom). U obliku metala, neodimijum je dobila grupa njemačkih naučnika predvođena W. Mutmannom 1902. godine.

Prirodno obilje i prirodni izotopi

Neodim je drugi najčešći među svim lantanidima. U zemljinoj kori ga ima čak više od samog lantana - 2,5 * 10-3 i 1,8 * 10-3% po težini, respektivno, morska voda sadrži 9,2 * 10-6 mg / l. Neodimijum formira sopstveni mineral - ešinit, gde ga ima više od ostalih lantanida i njihovih satelita - torija, tantala, niobija, zemnoalkalnih metala.

Prirodni neodimijum je mešavina sedam izotopa sa masenim brojevima: 142 (27,11%), 143 (12,17%), 144 (23,85%), 145 (8,30%), 146 (17,22%), 148 (5,73%), 150 ( 5,62%). Za izotope se primjećuje geohemijski zakon: u prirodi je sadržaj izotopa s parnim masenim brojem veći od onog susjednog s neparnim. Drugi najzastupljeniji izotop je 144Nd α- radioaktivan s vremenom poluraspada od 2,4 * 1015 godina. Od umjetno dobivenih radioaktivnih izotopa (ima ih desetak), samo jedan 147Nd može poslužiti kao radioaktivni tragač. Emituje β-, γ- zraka i ima poluživot od 11,1 dan. Svi ostali izotopi neodimija su vrlo kratkog vijeka.

Potvrda

Minerali rijetkih zemalja su složenog sastava i od njih je vrlo teško izdvojiti sadržane elemente. Ali još je teže odvojiti mješavinu rijetkih zemnih elemenata. Najstarije, klasične metode separacije su: frakciona, frakciona kristalizacija i frakciona bazična precipitacija. Trenutno se razvijaju nove metode: hromatografija (jonska izmjena) i ekstrakcija organskim rastvaračima.

Prilikom odvajanja rijetkih zemnih elemenata, neodim se koncentrira zajedno sa lakim lantanidima (podgrupa cerija) i oslobađa se zajedno s prazeodimijem, takva mješavina prazeodima i neodimijuma naziva se didimijum. Zatim se neodimijum pročišćava od nečistoća jonskom izmjenom (koristeći etilendiamintetraoctenu kiselinu ili Cu-smolu) ili odvajanjem od mješavine klorida.

Metalni neodim se dobija iz bezvodnih halogenida elektrolizom njihove taline, u prisustvu litijuma, kalijuma, kalcijuma, barijum halogenida:

NdCl3 (rastop) → 2Nd + 3Cl2

Kao i termička redukcija neodimijum (III) oksida sa kalcijumom:

2O3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO.

Physical Properties

Neodim, kao i svi lantanidi, je prijelazni f-element, budući da se povećanjem nuklearnog naboja sa 57 na 71 popunjava 4f-podnivo. Zbog toga lantanidi imaju izuzetno slična svojstva jedni drugima.

Neodim je tipičan metal srebrnobijele boje. Njegova boja povezana je s prisustvom oksidnog filma na njegovoj površini. Neodim je duktilan, vatrostalan, savitljiv, ali relativno niske tvrdoće metal koji se lako može obraditi. Ima paramagnetna svojstva, koja se objašnjavaju prisustvom nekompletnog 4f podnivoa, koji ima visoku magnetnu aktivnost.

Hemijska svojstva

Neodim je aktivan metal, sličan lantanu po svom reakcijskom ponašanju. U vlažnom zraku prekriven je oksidno-hidroksidnim filmom.

Nd + 6H2O + 3O2 → 4Nd(OH)3.

Neodim se pasivizira u hladnoj vodi, ne reagira sa alkalijama i etanolom, ali stupa u interakciju s vodom kada se zagrije:

Nd + 6H2O (horizontalno) → 2Nd(OH)3↓ + 3H2

Neodim je jako redukciono sredstvo, burno reaguje sa kiselinama:

Nd + 6HCl (razlaganje) → 2NdCl3 + 3H2

Nd + 6 HNO3 (konc.) → Nd(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

U fluorovodoničnoj i ortofosfornoj kiselini neodim je stabilan, jer je prekriven zaštitnim filmom od netopivih soli.

Na 300°C gori na zraku:

Nd + 3O2 → 2Nd2O3.

Reaguje sa halogenima

sa hlorom (na 300°C):

Nd + 3Cl2 → 2NdCl3

A kada se zagrije, stupa u interakciju s dušikom, sumporom, ugljikom, silicijumom, fosforom, vodonikom

sa sumporom (na 500-800oS):

Nd + 3S → Nd2S3

sa dušičnim oksidom (IV):

6NO2 → 3NO + Nd(NO3)3

sa vodonikom (na 300°C):

Nd + 3H2 → 2NdH3.

Sa većinom metala daje legure.

Jedinjenja neodimijuma

Neodim u jedinjenjima pokazuje samo jedno oksidaciono stanje +3, po njemu su poznata brojna binarna jedinjenja i različite soli. Boja njegovih spojeva nije ista: Nd2O3 oksid je plavkasto-ljubičast, nitrati i hloridi su lila, NdF3 fluorid je svijetloružičast, NdBr3 bromid je ljubičasti, NdI3 jodid je zelen, Nd2S3 sulfid je tamnozeleni, NdC karbid je smeđi, NdB6 heksaborid je plav, itd.

Neodimijum(III) oksid Nd2O3

Tačka topljenja neodimijum oksida je 2320°C, tačka ključanja je 4300°C, gustina je 7,327 g/cm3. Neodimijum oksid se dobija razgradnjom nitrata, oksalata i drugih neodimijumovih soli na vazduhu na 800-1000°C:

Nd(NO3)3 → Nd2O3 + 3N2O5

To su plavkasto-ljubičasti kristali, nerastvorljivi u vodi i alkalijama. Neodimijum oksid pokazuje slabo bazična svojstva i otapa se u kiselinama:

2O3 + 6HCl → 2NdCl3 + 3H2O.

U interakciji sa oksidima alkalnih metala, pokazuje neka amfoterna svojstva:

O3 + Na2O → 2NaNdO2.

Blijedo ružičasti kristali, nerastvorljivi u vodi. Tačka topljenja fluorida je 1377°C, tačka ključanja je 2300°C. Neodimijum fluorid se dobija reakcijom neodimijum oksida sa fluorovodikom na 700°C:

rijetka zemlja neodimijum spoj

Nd2O3 + 6HF → 2NdF3 + 3H2O.

Neodimijum (III) hlorid NdCl3

Ružičasto-ljubičasti higroskopni kristali, rastvorljivi u vodi. Tačka topljenja hlorida je 758°C, tačka ključanja je 1690°C, gustina je 4,134 g/cm3.

Neodimijum hlorid se dobija reakcijom mešavine hlora i ugljen-tetrahlorida sa neodimijum oksidom ili oksalatom na temperaturama iznad 200°C.

Kada je u interakciji sa bromovodikom i jodidom vodika, neodimijum hlorid se lako transformiše u odgovarajući halogenid i može formirati hidrate. Bezvodni hlorid se koristi za dobijanje metalnog neodimijuma metalotermnom metodom.

Neodimijum (III) hidroksid Nd(OH)3

Kada se soli neodimijuma dodaju alkalne otopine, talože se ili bazične soli ili hidroksid:

(NO3)3 + 2KOH → Nd(OH)2NO3 + 2KNO3(NO3)3 + 3KOH → Nd(OH)3↓ + 3KNO3.

Neodimijum hidroksid je nerastvorljiv i slabo bazičan. Stoga se ne otapa u razrijeđenim alkalijama, ali se lako otapa u kiselinama stvarajući soli. U koncentriranim alkalnim otopinama, iako do rastvaranja dolazi sa stvaranjem soli tipa MNdO2, te soli se odmah hidroliziraju vodom. Posljedično, neodimijum hidroksid je slabo amfoterno jedinjenje sa oštrom dominacijom bazičnih svojstava.

Kompleksna jedinjenja neodimija

Neodimijum je sposoban da formira kompleksna jedinjenja. Koordinacioni brojevi su 6-12, to se objašnjava učešćem f-orbitala u formiranju veza. Neodimijum formira stabilna kompleksna jedinjenja sa polidentatnim ligandima. Kompleksacija s monodentatnim ligandima nije karakteristična za neodim.

U topljenju neodimijum formira Na3 heksafluorid. U vodenim rastvorima formira stabilne komplekse sa neorganskim i organskim anionima (ligandi).

Neodimijum takođe karakteriše stvaranje kristalnih hidrata. Joni Nd3+ u vodenim rastvorima su hidrirani i imaju koordinacioni broj 9, au čvrstim hidratizovanim solima izolovanim iz vodenih rastvora do 10-12. Visok koordinacioni broj je takođe povezan sa prisustvom nepopunjenog 4f podnivoa, koji još uvek ima mnogo slobodnih mesta.

Aplikacija

Neodim ima prilično široku praktičnu primjenu, jer je pristupačan i jeftin.

U prirodnoj mešavini sa prazeodimijumom (didim) koristi se u proizvodnji naočara za naočare koje blokiraju ultraljubičaste zrake, što je posebno važno za zavarivače, metalurge, puhače (žuti zraci natrijuma posebno su svetli pri zavarivanju stakla) itd. sa 4,3% dodatka neodimijum oksida imaju aleksandritski efekat . Neodimijumsko staklo može promeniti boju u zavisnosti od osvetljenja. Koristi se za izradu prekrasnih vaza i umjetničkih djela, jer velike koncentracije neodimijum oksida daju staklu jarkocrvenu nijansu. Neodimijsko staklo se također koristi u laserskoj tehnologiji. Ion Nd3+ proizvodi lasersko zračenje u infracrvenom području spektra. Za specijalna stakla dobija se neodimijum oksid izuzetno visoke čistoće - 99,996%.

Neodimijum oksid ima kompleks odličnih fizičkih i hemijskih svojstava i prilično je pristupačan. Nalazi važnu upotrebu u električnim uređajima kao dielektrik, koji ima minimalni koeficijent toplinskog širenja.

Sam neodimijum se dosta koristi. Bolje od ostalih lantanida utječe na svojstva legura magnezija, aluminija i titana, povećava njihovu čvrstoću i otpornost na toplinu.

Razlozi za efikasno djelovanje neodima na legure magnezija:

1.Neodimijum ima maksimalnu rastvorljivost u magnezijumu, što doprinosi najvećem efektu ojačanja legure kao rezultat termičke obrade.

2.Brzina difuzije neodimijuma u magneziju je najniža u odnosu na druge proučavane metale retkih zemalja - to je razlog niže brzine omekšavanja legure na povišenim temperaturama, a samim tim i veće toplotne otpornosti.

Dodatak 5% neodimijuma aluminijumu povećava tvrdoću i vlačnu čvrstoću legure sa 5 na 10 kg/mm2. Između ovih elemenata u talini dolazi do hemijske interakcije sa stvaranjem intermetalnih jedinjenja neodimijum NdAl2 i NdAl4. Dodatak 1% neodimijuma titanijumu povećava vlačnu čvrstoću na 48-50 kg/mm2 (za čisti titan je 32 kg/mm2), dok isti dodatak cerijuma povećava samo na 38-40 kg/mm2.

Neodim se takođe koristi u laserskoj tehnologiji. Koncentracija jona Nd3+ u staklima dizajniranim za ovu svrhu dostiže 6%. Stakla koja se koriste kao laserski materijali imaju dvije neosporne prednosti: visoku koncentraciju aktivnih čestica i mogućnost proizvodnje velikih aktivnih elemenata. Komponente ovakvih naočara posebno se pažljivo čiste od nečistoća bakra, gvožđa, nikla, kobalta, kao i retkih zemnih metala - samarija, disprozijuma i prazeodijuma.

Itrijum-aluminijumski granati aktivirani neodimijumom se takođe široko koriste kao laserski materijali. Neodimijski laseri se koriste u eksperimentima kontrolirane termonuklearne fuzije. Snažni neodimijumski laseri obećavaju kao jedan od važnih elemenata satelitskih komunikacija.

Zaključak

Nedavno su se područja praktične primjene lantanida, uključujući neodimijum, značajno proširila. Element sa serijskim brojem 60 ima kompleks jedinstvenih svojstava, stoga se široko koristi u inženjerstvu, metalurgiji, staklu, keramičkoj i drugim industrijama.

Ali postoje dva faktora koji ometaju širenje opsega primjene neodimija i drugih rijetkih zemnih elemenata: visoka cijena njihovih čistih preparata i nedostatak znanja o pojedinačnim svojstvima, što otežava njihovu primjenu u praksi. Stoga je u ovom trenutku potrebno aktivno istraživati ​​svojstva lantanida, a možda će se u narednim godinama otkriti novi neočekivani načini njihove primjene.

Bibliografija

1.Shalinets A. B. Glasnici atomskog doba. Elementi grupe III periodnog sistema D. I. Mendeljejeva. Studentska pomoć. - M., Obrazovanje , 1975. - 192 str.

.Popularna biblioteka hemijskih elemenata: U 2 knjige. / [Komp. V. V. Stanzo, M. B. Chernenko]. - 3. izdanje, ispravljeno. i dodatne - M.: Nauka, 1983.

.Book. 2. Srebro - Nilsborium i dalje. 1983. - 572 str.

.Reakcije neorganskih supstanci: priručnik / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; ed. R. A. Lidina. - 2. izd., revidirano. i dodatne - M.: Drfa, 2007. - 637 str.

.Konstante neorganskih supstanci: referentna knjiga / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; ed. R. A. Lidina. - 2. izd., revidirano. i dodatne - M.: Drfa, 2006. - 685 str.

.Trifonov D.N. Rijetki zemljani elementi. - M., 1960. - 134 str.

.Akhmetov N. S. Opća i neorganska hemija. Proc. za univerzitete. - 4. izdanje, Rev. - M.: Više. škola, ur. centar Akademija, 2001. - 743 str., ilustr.

); at. n. 60, at. m. 144.24. Prirodno mješavina se sastoji od stabilnih izotopa 142Nd (27,07%), 143Nd (12,17%), 145Nd (8,30%), 146Nd (17,22%), 148Nd (5,78%) i radioaktivnih izotopa 144 Nd (23,17%), T,5/10,2% (23,7%). 15 g), l50 Nd (5,67%, T 1/2 2,10 15 g). Eksterna konfiguracija elektronske ljuske atoma 4s 2 4p 6 4d 10 4f 4 5s 2 5p 6 6s 2 ; oksidacijsko stanje + 3, +4, rjeđe + 2; energija jonizacije pri uzastopnom. prelaz sa Nd 0 na Nd 4+ odn. 5,49, 10,72, 22,14, 40,41 eV; radijusi: atomski 0,182 nm, ionski (koordinatni broj u zagradama) za Nd 3+ 0,112 nm (6), 0,125 nm (8), 0,130 nm (9), 0,141 nm (12), za Nd 2+ 0,148 nm , 0,149 nm (9).

H eodim je jedan od najviše zajednički REE. Sadržaj u zemljinoj kori 2.5. 10 -3% po masi, u morskoj vodi 9.2. 10 -6 mg/l. Zajedno sa ostalim rijetkim zemnim elementima podgrupe cerijuma, minerali sadrže monazit, bestnazit (do 20% Nd 2 O 3) i loparit.

Svojstva. Metal neodim svijetlo siva; do 885 °C postoji a-modifikacija sa šestouglom. tip rešetke La, a = 0,36579 nm, c = 1,17992 nm, z = 4, razmaci. grupa P6 3 /tts; visokotemperaturni b-oblik-kubik a-Fe tip, a = 0,413 nm, z = 2, razmaci. Fm3m grupa; DH tranzicija a<=>b 3,0 kJ/mol; m.p. 1016 °C, bp 3027 °S; gusto a-Nd 6,908 g/cm 3 , b-Nd 6,80 g/cm 3 ; C 0 p 27,42 JDmol K); DH 0 pl 7,15 kJ/mol; S 0 p298 71,68 JDmol. TO); pritisak pare 4,50 . 10 -3 Pa (1016°C): temp. linearna ekspanzija 6,7-10 ~ 6 K, p 6,43-10: 5 ohm-cm; paramagnetno, magnetno osjetljivost +5.628 . 10 -3; ispod 20 K (Neelova tačka) - antiferomagnet; Tvrdoća po Brinellu 350-450 MPa. Lako podložan mehaničkoj obradi u atmosferi Ar. Neodimijum je otporniji na oksidaciju vazduha od La, Ce i Pr, ali manje otporan od teških REE. Kada se zagreva na vazduhu, brzo oksidira. sa kipućom vodom Reaguje sa halogenima, N 2 , H 2 , posebno pri zagrevanju. Samo jedinjenja Nd(III) su stabilna u vodenom medijumu. Poznata jedinjenja Nd(IY)-Cs 3 i Ba 2 (Ce,Nd) 2 O 6. Dobijeni su NdX 2 dihalidi.

Stabilni kompleks Comm. formira Nd(III) sa polidentatnim ligandima (koordinatni broj 6-12). Formiranje kompleksa s monodentatnim ligandima nije karakteristično za neodim.

Sesquioxide Nd 2 O 3 -plavičasto-ljubičasti kristali sa kubičnim. rešetka (a = 1,1140 nm, z = 16, razmaci.grupa Ia3); poznati heksagon. modifikacije i i (a = 0,3831 nm, c = 0,6008 nm, z = 1, prostorna grupa C3m); m.p. 2320 °S; gusto 7,327 g/cm3; C 0 p 111,3 JDmol. TO); DH 0 arr - 1808,3 kJ / mol; S 0 298 158,5 JDmol. TO); dobijeni razgradnjom Nd (NO 3) 3, Nd 2 (C 2 O 4) 3 ili drugih soli u vazduhu, obično na 800-1000 °C. Privremeno dozvoljena koncentracija u vazduhu radnog prostora je 6 mg/m 3 .

T r i f t o r i d NdF 3 - blijedo ro h novi kristali sa trigonom. rešetka (prostorna grupa R3S1, z = 6, za heksagonalni set a = 0,7030 nm, c = 0,7200 nm); m.p. 1377 °S, b.p. 2300 °S; C 0 p 94,9 JDmol. TO); DH 0 arr - 1679,0 kJ / mol; S 0 298 121,3 JDmol. TO); primiti interakciju. Nd 2 O 3 sa HF gasom na 700 °C, precipitacija Nd (III) soli iz vodenih rastvora dejstvom HF, termička. razlaganje fluoroamonijum kompleksa na 400-500 °C u atmosferi Ar, N 2 itd.; koristi se za dobijanje čistog neodimijum metalotermnog. način, kao komponenta laserskih fluoridnih materijala.

Trihlorid i d NdCl 3 - ružičasto-ljubičasti higroskopni kristali sa šesterokutom. rešetka (a = 0,7381 nm, c = 0,4231 nm, z = 2, prostorna grupa C6 3 /t); m.p. 758 °C, bp 1690 °S; C 0 p 99,24 JDmol. TO); DH 0 arr - 1040,6 kJ / mol; S 0 298 153,0 JDmol. TO); sa HBr i HI lako se transformiše u odgovarajuće trihalide; formira hidrate; primiti interakciju. mješavine Cl 2 i CCl 4 sa Nd 2 O 3 ili Nd 2 (C 2 O 4) 3 iznad 200 °C i druge metode; bezvodni NdCl 3 se koristi za dobijanje metalnog neodimijum metalotermnog. način. LD 50 4 g/kg (miševi, subkutano).

Potvrda. Prilikom odvajanja REE, neodimijum se koncentrira zajedno sa lakim lantanidima i oslobađa se zajedno sa Pr; mješavina komp. Pr(III) i Nd(III) pozvani. didim. Neodimijum se dobija iz bezvodnih halogenida elektrolizom njihove taline ili termičkim kalcijumom.