Металл неодим. Неодим металлический: свойства, получение и применение Неодим применение

Неодим - химический элемент с символом Nd и атомным номером 60. Это мягкий серебристый металл, который тускнеет на воздухе. Был обнаружен в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Вещество присутствует в значительных количествах в залежах монацитового песка и таком минерале, как бастнезит.

История

Редкоземельный металл неодим был обнаружен австрийским химиком бароном Карлом Ауэром фон Вельсбахом в Вене в 1885 году. Ученый выделил новое вещество (а также элемент празеодим) из материала, известного как дидим, посредством фракционной кристаллизации двойного тетрагидрата нитрата аммония из азотной кислоты, после разделения путем спектроскопического анализа. Однако до 1925 года не удавалось получить элемент в чистой форме.

До конца 1940 годов основным коммерческим была двойная кристаллизация нитратов. Метод малоэффективный, и количество получаемого вещества было небольшим. Компания Lindsay Chemical Division стала первой, кто начал крупномасштабное производство неодима методом ионообменной очистки. Начиная с 1950 годов высокоочищенный (выше 99%) элемент в основном получают в результате процесса ионного обмена из монацита, богатого редкоземельными элементами, путем электролиза его галоидных солей.

В настоящее время большинство металлических неодимов извлекают из бастнезита. Развивающиеся технологии и разработка улучшенных методов чистки позволили широко использовать его в промышленности.

Описание

Химический элемент не встречается естественным образом в металлической форме, его отделяют из вещества дидим, в котором он смешан с другими лантаноидами (в частности, с празеодимом). Хотя неодим классифицируется как редкоземельный довольно распространенный элемент, встречающийся не реже кобальта, никеля или меди, и широко распространен в земной коре. Большая часть вещества добывается в Китае.

Неодимовые соединения были впервые коммерчески использованы в качестве стеклянных красителей в 1927 году, и они остаются популярной добавкой в ​​очковых линзах. Цвет соединений неодима из-за присутствия ионов Nd 3+ часто имеет красновато-фиолетовый оттенок, но он изменяется в зависимости от типа освещения.

Применение

Линзы, легированные неодимом, используются в лазерах, излучающих инфракрасное излучение с длиной волны от 1047 до 1062 нанометров. Они применяются в системах, обладающих чрезвычайно высокой мощностью, например, в экспериментах по инерционному сдерживанию.

Неодим металлический также используется с другими кристаллами (такими как иттрий-алюминиевый гранат) в лазерах серии Nd:YAG. Данная установка обычно излучает инфракрасные лучи с длиной волны около 1064 нм. Она является одним из наиболее часто используемых

Другое важное применение металлического неодима - в качестве усиливающего компонента в сплавах, используемых для изготовления мощных высокопрочных постоянных магнитов. Они широко используются в таких продуктах, как микрофоны, профессиональные громкоговорители, наушники-вкладыши, высокопроизводительные электродвигатели постоянного тока, компьютерные жесткие диски - там, где требуется малая магнитная масса (объем) или сильные магнитные поля.

Большие неодимовые магниты используются в электродвигателях с большой мощностью и весом (например, в гибридных автомобилях), и генераторах (например, электрические генераторы воздушных судов и ветряных электростанций). Также элемент используют для упрочнения некоторых сплавов. Например, титан становится в полтора раза прочнее после добавки всего 1,5% данного вещества.

Физические свойства

Металлический неодим присутствует в классическом мишметалле (сплаве редкоземельных элементов), где его концентрация обычно составляет порядка 18%. В чистом виде элемент имеет яркий серебристо-золотистый металлический блеск, но быстро окисляется на обычном воздухе. Образуется слой оксида, который отслаивается, подвергая металл дальнейшему окислению. Таким образом, сантиметровый образец вещества полностью окисляется в течение года.

Неодим обычно существует в двух аллотропных формах с преобразованием из двойной гексагональной кубической структуры с центра в центр. Плавиться начинает при 1024°C, а закипать при 3074°C. Плотность вещества в твердой фазе - 7,01 г/см 3 , в жидком состоянии - 6,89 г/см 3 .

Атомарные свойства:

• Состояние окисления: +4, +3, +2 (основной оксид).
• Электроотрицательность: 1,14 (по шкале Поллинга).
• Теплопроводность: 16,5 Вт/(м·К).
• Энергия ионизации: 1: 533,1 кДж/моль, 2: 1040 кДж/моль, 3: 2130 кДж/моль.
• Радиус атома: 181 пикометр.

Химические свойства

Металлический неодим медленно тускнет на воздухе и легко горит при температуре около 150°C с образованием оксида неодима (III):

4Nd + 3O 2 → 2Nd 2 O 3

Это электроположительный элемент. Он медленно реагирует с холодной водой, но довольно быстро - с горячей, образуя гидроксид неодима (III):

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

Металл энергично вступает в реакцию со всеми галогенами, легко растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием растворов, которые содержат фиолетовый ион Nd(III).

Производство

Неодим металлический никогда не встречается в природе как свободный элемент. Его добывают из таких руд, как бастнезит и монацит, в которых он связан с другими лантаноидами и прочими элементами. Основные районы добычи данных минералов находятся в Китае, США, Бразилии, Индии, Шри-Ланке и Австралии. Небольшие месторождения разведаны и в России.

Запасы неодима оцениваются примерно в 8 миллионов тонн. Его концентрация в коре Земли составляет около 38 мг/кг, что является вторым по величине среди редкоземельных элементов после церия. Мировое производство металла составляет порядка 7000 тонн. Основная часть производства принадлежит Китаю. Правительство КНР недавно признало элемент стратегически важным и ввело ограничения на его экспорт, вызвав некоторые опасения в странах-потребителях и спровоцировав резкое повышение цен на неодимы до 500$. Сегодня средняя цена за килограмм чистого металла варьируется в пределах 300-350$, оксиды неодима стоят дешевле: 70-130$.

Известны случаи, когда стоимость металла падала до 40$ по причине незаконной торговли в обход ограничений правительства Китая. Неопределенность ценообразования и доступности заставила японские компании разрабатывать постоянные магниты и связанные с ними электродвигатели с меньшим количеством редкоземельных элементов или вообще без них.

Неодим неоди́м

(лат. Neodymium), химический элемент III группы периодической системы, относится к лантаноидам. Название от греческого néos - новый и dídymos - близнец (празеодима) связано с историей открытия. Металл; плотность 6,908 г/см 3 , t пл 1016°C. Компонент сплавов (например, с Mg, Al или Ti) для самолёто- и ракетостроения, лазерных материалов.

НЕОДИ́М (лат. Neodimium), Nd (читается «неодим»), химический элемент с атомным номером 60, атомная масса 144,24. Состоит из пяти изотопов 142 Nd (27,07%), 143 Nd (12,17%), 145 Nd (8,30%), 146 Nd (17,22%) и 148 Nd (5,78%) и радиоактивных изотопов 144 Nd (23,78%, период полураспада Т 1/2 = 5.10 15 лет) и 150 Nd (5,67%, период полураспада Т 1/2 = 2.10 15 лет). Конфигурация внешних электронных слоев 4s 2 p 6 d 10 f 4 5s 2 p 6 6s 2 . Степени окисления в соединениях +3 (валентность III), реже +4 и +2 (валентности IV и II).
Относится к редкоземелььным элементам (цериевая подгруппа лантаноидов). Расположен в группе III B в 6 периоде периодической системы.
Радиус нейтрального атома 0,182 нм, радиус иона Lu 3+ - 0,112-0,141 нм, иона Nd 2+ - 0,143- 0,149 нм. Энергии ионизации 5,49, 10,72, 22,1, 40,41 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,07.
История открытия
Неодим открыл в 1885 австрийский химик К. Ауэр фон Вельсбах (см. АУЭР фон ВЕЛЬСБАХ Карл) , который установил, что обнаруженный в 1839 году французским химиком К. Г. Мосандером (см. МОСАНДЕР Карл Густав) элемент дидим на самом деле представляет смесь двух элементов с близкими физическими и химическими свойствами, которым он дал названия неодим и празеодим (см. ПРАЗЕОДИМ) . История открытия неодима отражена в его названии (от греч. neos - новый и didymos - двойник).
Нахождение в природе
Неодим - один из наиболее распространенных редкоземелььных элементов. Содержание его в земной коре 2,5·10 -3 %, в морской воде 9,2·10 -6 мг/л. Входит в состав минералов бастнезит (см. БАСТНЕЗИТ) , монацит (см. МОНАЦИТ) и лопарит (см. ЛОПАРИТ) .
Получение
При разделении редкоземелььных элементов неодим концентрируется вместе с легкими лантаноидами и выделяется вместе с празеодимом. Дальнейшее разделение проводят методами ионной хроматографии или экстракции. Металлический неодим получают электролизом расплава хлорида или фторида неодима NdF 3 , NdCl 3 .
Физические и химические свойства
Неодим - светло-серый металл. Ниже 885°C устойчива a-модификация с гексагональной решеткой типа лантана, а = 0,36579 нм и с = 1,17002 нм, выше 885°C и до температуры плавления 1016°C - b-модификация с кубической решеткой типа a-Fe. Температура кипения 3027°C, плотность a-Nd 6,908 кг/дм 3 .
К окислению неодим менее устойчив, чем тяжелые лантаноиды. При нагревании на воздухе быстро окисляется, образуя оксид Nd 2 O 3 . Бурно реагирует с кипящей водой с выделением водорода и образованием гидроксида Nd(OH) 3:
2Nd + 6Н 2 O = 3Nd(OH) 3 + 3Н 2
При нагревании реагирует с галогенами, азотом, водородом, серой и другими неметаллами. Бурно реагирует с минеральными кислотами.
Оксид Nd 2 О 3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Nd(ОН) 3 средней силы. К растворимым в воде солям неодима относятся хлорид, нитрат, ацетат и сульфат, к плохо растворимым - оксалат, фторид, карбонат и фосфат.
Применение
Неодим - компонент мишметалла, легких сплавов с магнием (см. МАГНИЙ) и алюминием. (см. АЛЮМИНИЙ) Сплав неодима, железа (см. ЖЕЛЕЗО) и бора (см. БОР (химический элемент)) применяют для изготовления постоянных магнитов. Оксид и фосфат неодима - пигмент при варке цветного стекла, керамики. Оксид неодима Nd 2 О 3 используют при варке неодимового стекла (лазерный материал), служит добавкой при получении иттрий-алюминиевых гранатов.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "неодим" в других словарях:

- (Neodimium), Nd, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 60, атомная масса 144,24; относится к редкоземельным элементам; металл. Неодим впервые получил австрийский химик К. Ауэр фон Вельсбах в 1885 … Современная энциклопедия

Неодим - (Neodimium), Nd, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 60, атомная масса 144,24; относится к редкоземельным элементам; металл. Неодим впервые получил австрийский химик К. Ауэр фон Вельсбах в 1885. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (лат. Neodymium) Nd, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 60, атомная масса 144,24, относится к лантаноидам. Название от греческого neos новый и didymos близнец (празеодима) связано с историей открытия. Металл;… … Большой Энциклопедический словарь

- (символ Nd), серебристо желтый химический элемент, металл, относится к ЛАНТАНОИДАМ. Впервые был выделен в форме окиси в 1885 г. Чистый металл был получен в 1925 г. Встречается главным образом в монацитовых и бастнезитовых месторождениях.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Неодим (Nd)-редкоземельный металл , атомный номер 60, атомная масса 144,24, температура плавления 1024оС, плотность 6,9 г/см3.
Этот элемент получил название от двух греческих слов: нео-новый и дим –близнец. Неодим был открыт в 1885 году, когда было произведено разделение дидима, гипотетического элемента, на празеодим и неодим. В чистом виде он был получен только в 1925 году.
Сырьём для получения неодима являются природные минералы лопарит, эвдиалит, хибинский апатит, бастнацит. Его также получают из фосфогипса хибинского апатита и природного концентрата Томтора. Во всех этих минералах и соединениях он содержится в виде оксидов.

Неодим — металл серебристо-серого цвета , легко окисляется на воздухе, твёрдость невысокая. У него существует семь изотопов, два из которых —радиоактивны и обладают очень большим периодом полураспада. Искусственные радиоизотопы неодима-недолгоживущие, с периодом полураспада до 12 дней. Неодима в природе достаточно много-в 1 тонне минералов земной коры, его содержится от 10 до 100граммов, что значительно больше, чем его близнеца –празеодима. Вообще, существует некая особенность распределения лантаноидов в природе-эти элементы с чётными атомными номерами, больше распространены в земной коре, чем с нечётными.

ПОЛУЧЕНИЕ.

При разделении комплексов РЗМ, неодим концентрируется в лёгких лантаноидах и, затем, выделяется вместе с празеодимом-эта смесь называется дидимом, в соответствии с первоначальным названием смеси этих элементов. Металлический неодим получают электролизом из расплава безводных галогенидов или кальциетермическим восстановлением. Расплав, содержащий фториды и хлориды неодима, подвергают электролизу при 1000оС, катодной плотности тока 4,7а/см2, с графитовыми анодом и катодом.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Введение

Общая характеристика

История открытия

Распространенность в природе и природные изотопы

Получение

Физические свойства

Химические свойства

Соединения неодима

Применение

Заключение

Литература

Введение

Среди 110 известных химических элементов существует 14 элементов-близнецов, чьи свойства похожи друг на друга, как две капли воды. Это так называемые редкоземельные элементы, или лантаноиды. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева они располагаются в одной клетке. Причина такого размещения редкоземельных элементов заключается в своеобразии их электронной структуры и, как следствие, в чрезвычайной близости свойств.

Долгое время эти элементы считались редкими. Лишь исследования последних десятилетий показали, что в земной коре их больше, гораздо больше, чем таких давно известных людям металлов, как свинец, ртуть, золото. Лантаноиды считались малоперспективными для практики. Изготовление кремней для зажигалок было их основным применением.

Развитие техники, главным образом атомной, потребовало новых материалов с самыми разнообразными свойствами. Ученые и инженеры обратили внимание на редкоземельные элементы. Теперь они являются одним из важнейших материалов новой техники. От космических ракет до лекарственных препаратов - таков диапазон их применения.

Поэтому очень важно изучать их индивидуальные свойства и искать новые области применения.

Общая характеристика

Неодим (от греч. neos - новый и didymos - близнец, двойник) - химический элемент III группы 6-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, он относится к редкоземельным элементам - лантаноидам.

Основные константы и свойства неодима:

Атомный номер60Атомная масса144,24Число известных изотопов24Число природных изотопов7МолекулаNdПлотность, г/см37,008Температура плавления, оС1024Температура кипения, оС3027Степени окисления0, +3Потенциал ионизации, эВ5,46Сродство к электрону, эВ-0,52Относительная электроотрицательность1,07Электродный потенциал, В-2,43Конфигурация внешних электронных оболочек атома4f46s2Атомный радиус, пм182Ковалентный радиус, пм164Ионный радиус (Nd3+), пм104Кларк, %2,5*10-3

История открытия

В средние века алхимики выделили группу веществ, почти не растворяющихся в воде и кислотах (из растворов кислот не выделялось пузырьков газа), не изменявшихся при нагревании, не плавившихся и обладающих щелочным характером. Таким веществам дали общее название земли.

В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус обнаружил в заброшенном карьере близ городка Иттерби неизвестный минерал, который впоследствии был назван в честь городка, в котором он был найден, иттербитом. В 1794 году Юхан Гадолин подверг анализу иттербит и показал, что этот минерал, кроме оксидов бериллия, кремния и железа, содержит 38% оксида неизвестного элемента. Новую землю Аксель Эксберг в 1797 году назвал иттриевой, соответствующий элемент - иттрием. Примерно в то же время разные группы исследователей изучали еще один минерал - охроит (Ln2o3 xSiO2 yH2O, где Ln - лантаноид), и в 1803 году почти одновременно и независимо друг от друга Мартин Клапрот и Я. Берцелиус с В. Хизингером выделили из него землю, которую назвали цериевой, элемент - церием, а минерал охрит был переименован в церит. Открытие первого лантаноидного элемента - церия и его родственника - иттрия - наиболее бурная часть первого этапа истории редкоземельных элементов. От этих двух земель потянулась длинная цепочка ложных и истинных открытий новых элементов.

В 1839 году Карл Моссандер, изучая нитрат церия, обнаружил в ней примесь неизвестного элемента. Изучив его, он пришел к выводу, что это новая земля и он назвал ее лантановой, а элемент - лантаном. В 1841 году К. Моссандер выделил из новой земли еще одну. Она была очень похожа на лантановую землю, поэтому соответствующий ей элемент был назван дидимом - от греческого слова дидимос - двойник, или парный.

В 1878 году французский химик М. Деляфонтен обнаружил неоднородность дидима, а в 1879 году Л. Буабодран выделил из него фракцию, соответствующий элемент назвали самарием, а дидим продолжал числиться как элемент. Но в 1885 году австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах разделил дидим на два элемента. Для этого он использовал метод фракционной кристаллизации двойных аммонийных солей: в одну фракцию входили соли зеленого цвета (им соответствовал бледно-зеленый оксид), в другую - соли цвета от фиолетового до красного (им соответствовал серовато-синий оксид). Элемент, дающий соли зеленого цвета, он назвал празеодимом, а второй элемент - неодимом (т. е. новый дидим). В виде металла неодим был получен группой немецких ученых во главе с В. Мутманном в 1902 году.

Распространенность в природе и природные изотопы

Неодим - второй по распространенности среди всех лантаноидов. Его в земной коре даже больше, чем самого лантана, - 2,5*10-3 и 1,8*10-3% по массе соответственно, в морской воде содержится 9,2*10-6 мг/л. Неодим образует собственный минерал - эшинит, где его больше, чем остальных лантаноидов и их спутников - тория, тантала, ниобия, щелочноземельных металлов.

Природный неодим представляет смесь из семи изотопов с массовыми числами: 142 (27,11%), 143 (12,17%), 144 (23,85%), 145 (8,30%), 146 (17,22%), 148 (5,73%), 150 (5,62%). Для изотопов соблюдается геохимический закон: в природе содержание изотопа с четным массовым числом выше, чем соседнего с нечетным. Второй по распространенности изотоп 144Nd α-радиоактивен с периодом полураспада 2,4*1015 лет. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов (их около десятка) только один 147Nd может служить в качестве радиоактивного индикатора. Он испускает β-, γ-лучи и имеет период полураспада 11,1 дня. Все остальные изотопы неодима очень короткоживущи.

Получение

Минералы редкоземельных элементов сложны по составу и очень трудно выделить из них содержащиеся элементы. Но еще сложнее разделить смесь редкоземельных элементов. Наиболее старые, классические методы разделения: дробная, фракционная кристаллизация и дробное основное осаждение. В настоящее время развиваются новые методы: хроматография (ионный обмен) и экстракция органическими растворителями.

При разделении редкоземельных элементов неодим концентрируется вместе с легкими лантаноидами (цериевая подгруппа) и выделяется вместе с празеодимом, такую смесь празеодима и неодима называют дидимом. Затем неодим очищают от примесей методом ионного обмена (с помощью этилендиаминтетрауксусной кислоты или с использованием Cu-смолы) или методом разделения из смесей хлоридов.

Металлический неодим получают из безводных галогенидов электролизом их расплава, в присутствии галогенидов лития, калия, кальция, бария:

NdCl3 (расплав) → 2Nd + 3Cl2

А также термическим восстановлением оксида неодима (III) кальцием:

2O3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO.

Физические свойства

Неодим, как и все лантаноиды, является переходным f-элементом, так как при увеличении заряда ядра от 57 до 71 происходит заполнение 4f-подуровня. Поэтому лантаноиды обладают исключительно близкими друг к другу свойствами.

Неодим - серебристо-белый, типичный металл. Его цвет связан с присутствием на его поверхности оксидной пленки. Неодим - пластичный, тугоплавкий, ковкий, но обладающий относительно невысокой твердостью металл, легко поддается механической обработке. Обладает парамагнитными свойствами, которые объясняются наличием недостроенного 4f-подуровня, обладающего высокой магнитной активностью.

Химические свойства

Неодим - активный металл, по своему поведению при реакциях похож на лантан. Во влажном воздухе он покрывается оксидно-гидроксидной пленкой.

Nd + 6H2O + 3O2 → 4Nd(OH)3.

Неодим пассивируется в холодной воде, не реагирует со щелочами и этанолом, но взаимодействует с водой при нагревании:

Nd + 6H2O (гор.) → 2Nd(OH)3↓ + 3H2

Неодим является сильным восстановителем, бурно реагирует с кислотами:

Nd + 6HCl (разб.) → 2NdCl3 + 3H2

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

Во фтороводородной и ортофосфорной кислотах неодим устойчив, так как покрывается защитной пленкой нерастворимых солей.

При 300оС сгорает на воздухе:

Nd + 3O2 → 2Nd2O3.

Взаимодействует с галогенами

с хлором (при 300оС):

Nd + 3Cl2 → 2NdCl3

А при нагревании взаимодействует с азотом, серой, углеродом, кремнием, фосфором, водородом

с серой (при 500-800оС):

Nd + 3S → Nd2S3

с оксидом азота (IV):

6NO2 → 3NO + Nd(NO3)3

с водородом (при 300оС):

Nd + 3H2 → 2NdH3.

С большинством металлов дает сплавы.

Соединения неодима

Неодим в соединениях проявляет только одну степень окисления +3, для него известны многочисленные бинарные соединения и разнообразные соли. Окраска соединений у него неодинаковая: оксид Nd2O3 голубовато-фиолетовый, нитрат и хлорид - сиреневые, фторид NdF3 - светло-розовый, бромид NdBr3 - фиолетовый, иодид NdI3 - зеленый, сульфид Nd2S3 - темно-зеленый, карбид NdC - коричневый, гексаборид NdB6 - синий и т. п.

Оксид неодима (III) Nd2O3

Температура плавления оксида неодима 2320оС, температура кипения - 4300оС, плотность - 7,327 г/см3. Оксид неодима получают разложением нитрата, оксалата и других солей неодима на воздухе при 800-1000оС:

Nd(NO3)3 → Nd2O3 + 3N2O5

Это голубовато-фиолетовые кристаллы, нерастворимые в воде и щелочах. Оксид неодима проявляет слабоосновные свойства и растворяется в кислотах:

2O3 + 6HCl → 2NdCl3 + 3H2O.

При взаимодействии с оксидами щелочных металлов проявляет некоторые амфотерные свойства:

O3 + Na2O → 2NaNdO2.

Бледно-розовые кристаллы, нерастворимые в воде. Температура плавления фторида 1377оС, температура кипения - 2300оС. Фторид неодима получают взаимодействием оксида неодима с фтороводородом при 700оС:

редкоземельный элемент неодим соединение

Nd2O3 + 6HF → 2NdF3 + 3H2O.

Хлорид неодима (III) NdCl3

Розово-фиолетовые гигроскопичные кристаллы, растворимые в воде. Температура плавления хлорида 758оС, температура кипения - 1690оС, плотность - 4,134 г/см3.

Хлорид неодима получают взаимодействием смеси хлора и тетрахлорметана с оксидом или оксалатом неодима при температуре выше 200оС.

При взаимодействии с бромоводородом и иодоводородом хлорид неодима легко переходит в соответствующий галогенид, может образовывать гидраты. Безводный хлорид применяют для получения металлического неодима металлотермическим способом.

Гидроксид неодима (III) Nd(OH)3

При добавлении растворов щелочей к солям неодима в осадок выпадают либо основные соли, либо гидроксид:

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

Гидроксид неодима нерастворим, имеет слабоосновный характер. Поэтому он не растворяется в разбавленных щелочах, но легко растворяется в кислотах с образованием солей. В концентрированных растворах щелочей растворение хотя и происходит с образованием солей типа MNdO2, но эти соли немедленно гидролизуются водой. Следовательно, гидроксид неодима - слабоамфотерное соединение с резким преобладанием основных свойств.

Комплексные соединения неодима

Неодим способен образовывать комплексные соединения. Координационные числа равны 6-12, это объясняется участием в образовании связей f-орбиталей. Неодим образует устойчивые комплексные соединения с полидентантными лигандами. Комплексообразование с монодентантными лигандами не характерно для неодима.

В расплавах неодим образует гексафторид Na3. В водных растворах он образует прочные комплексы как с неорганическими, так и с органическими анионами (лигандами).

Для неодима также характерно образование кристаллогидратов. Ионы Nd3+ в водных растворах гидратированы и проявляют координационное число 9, а в твердых гидратированных солях, выделенных из водных растворов, - до 10-12. Высокое координационное число также связано с наличием незаполненного 4f-подуровня, на котором имеется еще много вакантных мест.

Применение

Неодим имеет достаточно широкое практическое применение, так как он доступный и дешевый.

В природной смеси с празеодимом (дидим) он используется в изготовлении стекол для защитных очков, задерживающих ультрафиолетовые лучи, что особенно важно для сварщиков, металлургов, стеклодувов (при сварке стекла особенно ярки желтые лучи натрия) и т. д. Стекла с 4,3%- ной добавкой окиси неодима имеют александритовский эффект. Неодимовое стекло может менять окраску в зависимости от освещения. Его используют для изготовления красивых ваз и художественных изделий, так как большие концентрации оксида неодима придают стеклу ярко-красный оттенок. Неодимовое стекло также применяют в лазерной технике. Ион Nd3+ дает лазерное излучение в инфракрасной области спектра. Для специальных стекол получают окись неодима чрезвычайно высокой чистоты - 99,996%.

Оксид неодима обладает комплексом превосходных физико-химических свойств, и достаточно доступен. Находит важное применение в электрических приборах в качестве диэлектрика, который отличается минимальным коэффициентом теплового расширения.

Достаточно широко применяется и сам неодим. Он лучше других лантаноидов влияет на свойства магниевых, алюминиевых и титановых сплавов, повышает их прочность и жароустойчивость.

Причины эффективного действия неодима на магниевые сплавы:

1.Неодим обладает максимальной растворимостью в магнии, которая способствует наибольшему эффекту упрочнения сплава в результате термической обработки.

2.Скорость диффузии неодима в магнии по сравнению с другими изученными редкоземельными металлами оказывается наименьшей - это служит причиной меньшей скорости разупрочнения сплава при повышенной температуре, а, следовательно, более высокой жаропрочности.

Добавка 5% неодима к алюминию повышает твердость и предел прочности сплава с 5 до 10 кг/мм2. Между этими элементами в расплаве происходит химическое взаимодействие с образованием интерметаллических соединений неодима NdAl2 и NdAl4. Добавка 1% неодима к титану повышает предел прочности до 48-50 кг/мм2 (у чистого титана он равен 32 кг/мм2), тогда как такая же добавка церия - только до 38-40 кг/мм2.

Неодим используют также в лазерной технике. Концентрация ионов Nd3+ в стеклах, предназначенных для этой цели, достигает 6%. У стекол, применяемых в качестве лазерных материалов, есть два неоспоримых достоинства: высокая концентрация активных частиц и возможность изготовления активных элементов больших размеров. Компоненты таких стекол очищают особо тщательно от примесей меди, железа, никеля, кобальта, а также редкоземельных металлов - самария, диспрозия и празеодима.

Широко применяются в качестве лазерных материалов и алюмо-иттриевые гранаты, активизированные неодимом. Лазеры с неодимом используются в экспериментах по управляемому термоядерному синтезу. Мощные неодимовые лазеры перспективны в качестве одного из важных элементов спутниковой связи.

Заключение

За последнее время значительно расширились области практического применения лантаноидов и неодима в том числе. Элемент с порядковым номером 60 обладает комплексом уникальных свойств, поэтому находит широкое применение в технике, металлургии, в стекольной, керамической и других отраслях промышленности.

Но существуют два фактора, которые мешают расширению диапазона применения неодима и других редкоземельных элементов: дороговизна их чистых препаратов и недостаточная изученность индивидуальных свойств, которая тормозит их применение на практике. Поэтому в настоящее время необходимо активно исследовать свойства лантаноидов и возможно в ближайшие годы будут обнаружены новые неожиданные пути их применения.

Список литературы

1.Шалинец А. Б. Провозвестники атомного века. Элементы III группы периодической системы Д. И. Менделеева. Пособие для учащихся. - М., Просвещение, 1975. - 192 с.

.Популярная библиотека химических элементов: В 2-х кн. / [Сост. В. В. Станцо, М. Б. Черненко]. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Наука, 1983.

.Кн. 2. Серебро - Нильсборий и далее. 1983. - 572 с.

.Реакции неорганических веществ: справочник / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева; под ред. Р. А. Лидина. - 2-е изд.., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2007. - 637 с.

.Константы неорганических веществ: справочник / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева; под ред. Р. А. Лидина. - 2-е изд.., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2006. - 685 с.

.Трифонов Д. Н. Редкоземельные элементы. - М., 1960. - 134 с.

.Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., Изд. центр Академия, 2001. - 743 с., ил.

); ат. н. 60, ат. м. 144,24. Прир. смесь состоит из стабильных изотопов 142 Nd (27,07%), 143 Nd (12,17%), 145 Nd (8,30%), 146 Nd (17,22%), 148 Nd (5,78%) и радиоактивных изотопов 144 Nd (23,78%, Т 1/2 5 . 10 15 г), l50 Nd (5,67%, T 1/2 2 . 10 15 г). Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 4s 2 4p 6 4d 10 4f 4 5s 2 5p 6 6s 2 ; степень окисления + 3, +4, реже + 2; энергия ионизации при последоват. переходе от Nd 0 к Nd 4+ соотв. 5,49, 10,72, 22,14, 40,41 эВ; радиусы: атомный 0,182 нм, ионный (в скобках -координац. число) для Nd 3+ 0,112 нм (6), 0,125 нм (8), 0,130 нм (9), 0,141 нм (12), для Nd 2+ 0,143 нм (8), 0,149 нм (9).

Н еодим-один из наиб. распространенных РЗЭ. Содержание в земной коре 2,5 . 10 -3 % по массе, в морской воде 9,2 . 10 -6 мг/л. Вместе с др. РЗЭ цериевой подгруппы содержится в минералах монацит, бестнезит (до 20% Nd 2 O 3), лопарит.

Свойства. Неодим-металл светло-серого цвета; до 885 °С существует a-модификация с гексагoн. решеткой типа La, а = 0,36579 нм, с = 1,17992 нм, z = 4, пространств. группа Р6 3 /ттс; высокотемпературная b-форма-кубич. типа a-Fe, а = 0,413 нм, z = 2, пространств. группа Fm3m; DH перехода a<=>b 3,0 кДж/моль ; т. пл. 1016 °С, т. кип. 3027 °С; плотн. a-Nd 6,908 г/см 3 , b-Nd 6,80 г/см 3 ; С 0 p 27,42 ДжДмоль К); DH 0 пл 7,15 кДж/моль ; S 0 п298 71,68 ДжДмоль. К); давление пара 4,50 . 10 -3 Па (1016°С): температурный коэф. линейного расширения 6,7-10~ 6 К, р 6,43-10: 5 Ом-см; парамагнетик , магн. восприимчивость +5,628 . 10 -3 ; ниже 20 К (точка Нееля)-антиферромагнетик; твердость по Бринеллю 350-450 МПа. Легко поддается "мех. обработке в атмосфере Аr. Неодим более стоек к окислению воздухом , чем La, Се и Рr, но менее стоек, чем тяжелые РЗЭ. При нагр. на воздухе быстро окисляется. С минер. к-тами бурно реагирует, взаимод. с кипящей водой . Реагирует с галогенами , N 2 , H 2 , особенно при нагревании. В водных средах стабильны только соед. Nd(III). Известные соед. Nd(IY)-Cs 3 и Ba 2 (Ce,Nd) 2 O 6 . Получены дигалогениды NdX 2 .

Устойчивые комплексные соед. с полидентатными лиган-дами образует Nd(III) (координац. число 6-12). Комплексо-образование с монодентатными лигандами не характерно для неодима.

Сесквиоксид Nd 2 O 3 -голубовато-фиолетовые кристаллы с кубич. решеткой (а = 1,1140 нм, z = 16, пространств. группа Ia3); известна гексагoн. модификаци я (а =0,3831 нм, с = 0,6008 нм, z=1, пространств. группа С3т); т. пл. 2320 °С; плотн. 7,327 г/см 3 ; С 0 p 111,3 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1808,3 кДж/моль ; S 0 298 158,5 ДжДмоль. К); получают разложением Nd(NO 3) 3 , Nd 2 (C 2 O 4) 3 или др. солей на воздухе обычно при 800-1000 °С. Временно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны 6 мг/м 3 .

Т р и ф т о р и д NdF 3 -бледно-роз овые кристаллы с тригон. решеткой (пространств. группа Р3С1, z = 6, для гексагoн. установки а = 0,7030 нм, с = 0,7200 нм); т. пл. 1377 °С, т. кип. 2300 °С; С 0 p 94,9 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1679,0 кДж/моль ; S 0 298 121,3 ДжДмоль. К); получают взаимод. Nd 2 O 3 с HF-гa-зом при 700 °С, осаждением из водных р-ров солей Nd(III) действием HF, термич. разложением фтораммониевых комплексов при 400-500 °С в атмосфере Ar, N 2 и др.; применяют для получения чистого неодима металлотермич. способом, как компонент лазерных фторидных материалов.

Т р и х л о р и д NdCl 3 -розово-фиолетовые гигроскопичные кристаллы с гексагон. решеткой (а = 0,7381 нм, с = 0,4231 нм, z = 2, пространств. группа С6 3 /т); т. пл. 758 °С, т. кип. 1690 °С; С 0 р 99,24 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1040,6 кДж/моль ; S 0 298 153,0 ДжДмоль. К); с НВr и HI легко переходит в соответствующие тригалогениды; образует гидраты ; получают взаимод. смеси Сl 2 и ССl 4 с Nd 2 O 3 или Nd 2 (C 2 O 4) 3 выше 200 °С и др. способами; безводный NdCl 3 применяют для получения металлического неодима металлотермич. способом. ЛД 50 4 г/кг (мыши, подкожно).

Получение. Неодим при разделении РЗЭ концентрируется вместе с легкими лантаноидами и выделяется вместе с Рr; смесь соед. Рr(III) и Nd(III) наз. дидимом. Металлический неодим получают из безводных галогенидов электролизом их расплава или кальциетермическим