K izolaci neodymu z jeho minerálu došlo na konci 19. století. Udělal to chemik německého původu Karl Auer von Welsbach. Vědecká komunita tomuto objevu dlouho nepřikládala patřičnou důležitost. Neodym byl považován za zbytečný, neperspektivní kov. Jediné místo, kde byl použit, je výroba křemíku do zapalovačů.
Vše se ale změnilo, když lidstvo objevilo způsoby, jak získat energii prostřednictvím štěpení atomových jader. Jaderný průmysl potřeboval nové materiály, jedním z nich byl neodym. Jaké vlastnosti umožnily jeho rozšíření ve vysoce vědecké produkci?
Fyzikální vlastnosti
Neodym je typickým zástupcem kovů vzácných zemin. Má stříbřitě bílou barvu. Patří do skupiny lanthanoidů. V přírodních podmínkách se vyskytuje ve formě 7 izotopů, z nichž dva jsou radioaktivní. Jejich poločas rozpadu je 14 dní.
Hustota kovového neodymu je menší než u konstrukčních ocelí a rovná se 7007 kg/m3. Teplota tání 1024 ºС. Teplota, při které se kov začíná vařit, je 3050 ºС. Neodym má vysokou tepelnou vodivost. Součinitel tepelné vodivosti je 13,5 W/mK.
Teplotní koeficient lineární roztažnosti je 6,7*10-6 1/C, tzn. při zvýšení teploty o 1 stupeň se kov roztáhne o 6,7 mikronů. Měrný odpor proti elektrickému proudu je 0,64 μOhm*m. Paramagnetické Citlivost na magnetické pole je 39,5*10-9 jednotek.
Chemické vlastnosti
Neodym je prvek se zvýšenou aktivitou. Tvoří slitiny s většinou v současnosti známých kovů.
Kovový neodym má silné redukční vlastnosti. Kov aktivně interaguje s kyselinou chlorovodíkovou, sírovou, dusičnou a dalšími kyselinami. Inertní vůči kyselině fluorovodíkové a fosforečné. Důvodem je přítomnost ochranného filmu na povrchu neodymu, který se skládá z rozpustných sloučenin solí.
Ve vzduchu nasyceném vlhkostí je neodym pokryt tenkým hydroxidovým filmem. Při teplotách nad 300 ºС začíná proces spalování. Při zahřátí nad 500 ºС vstupuje neodym do chemických reakcí s prvky, jako je vodík, fosfor, uhlík, síra a dusík.
Mechanické vlastnosti
Charakteristickým rysem neodymu je jeho vysoká tažnost. Youngův modul (elastičnosti) je 37 GPa. Modul ve smyku 13,5 GPa. Relativní protažení v tlaku je 40 %, což je srovnatelné s mědí.
Neodym nemá vysoké pevnostní vlastnosti. Pevnost v tahu je 136 MPa, což je téměř 4x méně než u oceli 45. Tvrdost neodymového kovu závisí na množství nečistot v jeho složení. Prvky jako fosfor zvyšují jeho hodnotu, ale zároveň negativně ovlivňují pevnost. Pro čistý neodym je tvrdost 314 jednotek na Brinellově stupnici.
Technologické vlastnosti
Zvýšená plasticita kovu mu poskytuje možnost použití všech typů tváření za tepla i za studena: ražení, kování, ražení atd. Lisované neodymové polotovary jsou vysoce přesné díky nízké hodnotě smrštění kovu.
Kov lze řezat. Vzhledem k jeho zvýšené viskozitě není možné dosáhnout vysokých řezných rychlostí při zpracování. Pohybují se mezi 40-60 m/s.
Kovový neodym nemění své mechanické vlastnosti tepelným zpracováním. Nesvařuje. Částečně svařitelné.
Sloučeniny neodymu
Jak již bylo zmíněno dříve, neodym aktivně vstupuje do chemických vazeb s jinými prvky. V praxi se nejčastěji používají:
- Oxid neodymu je modrošedá sloučenina s hustotou 7325 kg/m3. Žáruvzdorné. Bod tání 2300 C. Nerozpustný v alkáliích a vodě.
- Fluorid neodymový je světle růžový krystal s teplotou tání 1375 C.
- Chlorid neodymu je fialově růžová sloučenina s hustotou 4135 kg/m3. Má relativně nízkou teplotu tání 760 C. Je vysoce rozpustný ve vodě.
aplikace
Široké použití neodymu ve výrobě má dva hlavní důvody:
- V přírodě široce rozšířen. Litosféra obsahuje v průměru 2,5 gramu na tunu pevniny a mořská voda 0,02 x 1 mikrogram na 1000 litrů. Jeho procento na planetě je vyšší než u kovů, jako je zlato, nikl, hliník atd.
- Relativně nízké ceny.
Při výrobě se rozlišují následující způsoby použití tohoto kovu vzácných zemin:
- Sklářský průmysl. Spolu s dalšími kovy vzácných zemin je neodym složkou skla, která mění barvu v závislosti na intenzitě světla. Slouží také jako součást „osvětlovacího“ skla používaného při výrobě optických zařízení. Ochranná skla jsou vyrobena ze slitin neodymu pro zajištění bezpečnosti svařovacího procesu. Důvodem byla schopnost kovu absorbovat ultrafialové záření. Kovový neodym se používá k výrobě infračervených filtrů používaných v optických zařízeních astronomů. Schopnost neodymového skla bránit průniku neutronů našla své využití při výrobě ochrany termojaderných reaktorů.
- V metalurgickém průmyslu se neodym používá jako dezoxidant oceli. Zavedení neodymu do slitiny niklu zvyšuje její tažnost o 30-40 %, což umožňuje zpracovávat kov pod tlakem. Slitiny hořčíku legované neodymem si zachovávají své mechanické vlastnosti i při vyšších teplotách. Titan obsahující niob má lepší pevnost a odolnost proti korozi ve srovnání s čistým kovem.
- V jaderném průmyslu se kov neodym používá k výrobě plutonia z roztoku uranu a plutonia. Plutonium se v přítomnosti částic neodymu uvolňuje mnohem rychleji, což umožňuje provádět jeho rovnoměrnou extrakci z kapalného uranu. Kromě toho neodym zvyšuje kvalitativní charakteristiky uranového paliva.
- Většina moderních průmyslových magnetů je založena na sloučenině železa, boru a neodymu. Ve srovnání se samarium-kobaltovými magnety mají vyšší hodnoty magnetické síly.
- Chemický průmysl používá neodym jako katalyzátor při výrobě různých typů polymerů.
- Kromě toho slouží jako surovina pro krystaly laserového emitoru. Neodymové lasery se aktivně používají v plastické chirurgii pro korekci postavy.
- Používá se jako konstrukční materiál v raketovém a kosmickém průmyslu. Neodymový válcovaný kov je polotovar pro díly instalované na orbitálních satelitech a kosmických lodích.
- V elektronice se neodym používá při výrobě katodových trubic, které se vyznačují zvýšenými barevnými kontrasty.
Neodym je chemický prvek se symbolem Nd a atomovým číslem 60. Je to měkký, stříbřitý kov, který na vzduchu zmatní. Objevil ho v roce 1885 rakouský chemik Karl Auer von Welsbach. Látka je přítomna ve významných množstvích v ložiskách monazitového písku a minerálů, jako je bastnäsite.
Příběh
Kov vzácných zemin neodym objevil rakouský chemik baron Karl Auer von Welsbach ve Vídni v roce 1885. Vědec izoloval novou látku (a také prvek praseodym) z materiálu známého jako didymium frakční krystalizací dvojitého tetrahydrátu dusičnanu amonného z kyseliny dusičné, po oddělení spektroskopickou analýzou. Do roku 1925 však nebylo možné získat prvek v jeho čisté formě.
Do konce 40. let 20. století byla hlavní komerční metodou dvojitá krystalizace dusičnanů. Metoda je neúčinná a množství získané látky bylo malé. Lindsay Chemical Division byla první, kdo zahájil ve velkém měřítku výrobu neodymu pomocí iontoměničového čištění. Od 50. let 20. století se vysoce čištěný prvek (nad 99 %) primárně vyrábí procesem výměny iontů z monazitu bohatého na vzácné zeminy elektrolýzou jeho halogenidových solí.
V současné době se většina neodymu získává z bastnäsitu. Pokroková technologie a vývoj vylepšených metod čištění umožnily jeho široké použití v průmyslu.
Popis
Chemický prvek se přirozeně nevyskytuje v kovové formě, ale je izolován z látky didymium, ve které je smíchán s jinými lanthanoidy (zejména praseodymem). Přestože je neodym klasifikován jako vzácná zemina, je poměrně běžným prvkem, vyskytuje se přinejmenším stejně často jako kobalt, nikl nebo měď a je rozšířen v zemské kůře. Většina látky se těží v Číně.
Sloučeniny neodymu byly poprvé komerčně použity jako barviva na sklo v roce 1927 a zůstávají oblíbeným aditivem v brýlových čočkách. Barva sloučenin neodymu má díky přítomnosti iontů Nd 3+ často červenofialový odstín, který se však liší v závislosti na typu osvětlení.
aplikace
Čočky dopované neodymem se používají v laserech, které vyzařují infračervené záření o vlnových délkách mezi 1047 a 1062 nanometry. Používají se v systémech, které mají extrémně vysoký výkon, jako jsou experimenty s inerciálním zadržováním.
Neodymový kov se také používá s jinými krystaly (jako je yttrium hliníkový granát) v laserech řady Nd:YAG. Tato instalace obvykle vyzařuje infračervené paprsky o vlnové délce přibližně 1064 nm. Patří mezi nejčastěji používané
Další důležité použití neodymu je jako výztužná složka ve slitinách používaných k výrobě silných, vysoce pevných permanentních magnetů. Jsou široce používány ve výrobcích, jako jsou mikrofony, profesionální reproduktory, sluchátka do uší, vysoce výkonné stejnosměrné motory, počítačové pevné disky – všude tam, kde je vyžadována nízká magnetická hmotnost (objem) nebo vysoká magnetická pole.
Velké neodymové magnety se používají ve vysoce výkonných a hmotnostních elektromotorech (jako jsou hybridní automobily) a generátorech (jako jsou elektrické generátory letadel a větrných farem). Prvek se také používá ke zpevnění některých slitin. Například titan se stane jedenapůlkrát silnější po přidání pouze 1,5 % této látky.
Fyzikální vlastnosti
Kovový neodym je přítomen v klasickém mischmetalu (slitina prvků vzácných zemin), kde je jeho koncentrace obvykle kolem 18 %. Ve své čisté formě má prvek jasný stříbrno-zlatý kovový lesk, ale na běžném vzduchu rychle oxiduje. Vytvoří se a odloupne vrstva oxidu, čímž se kov vystaví další oxidaci. Centimetrový vzorek látky je tak do roka zcela zoxidován.
Neodym typicky existuje ve dvou alotropních formách s přeměnou ze středu na střed z dvojité hexagonální kubické struktury. Začíná tát při 1024°C a vařit při 3074°C. Hustota látky v pevné fázi je 7,01 g/cm3, v kapalném stavu - 6,89 g/cm3.
Atomové vlastnosti:
- Oxidační stav: +4, +3, +2 (zásaditý oxid).
- Elektronegativita: 1,14 (Paulingova stupnice).
- Tepelná vodivost: 16,5 W/(m K).
- Ionizační energie: 1: 533,1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Atomový poloměr: 181 pikometrů.
Chemické vlastnosti
Kovový neodym se na vzduchu pomalu otupuje a snadno hoří při teplotě asi 150 °C za vzniku oxidu neodymu (III):
4Nd + 302 → 2Nd203
Jedná se o elektropozitivní prvek. Se studenou vodou reaguje pomalu, ale s horkou vodou poměrně rychle za vzniku hydroxidu neodymu (III):
2Nd(s) + 6H20(l) -> 2Nd(OH)3 (aq) + 3H2 (g)
Kov energicky reaguje se všemi halogeny a snadno se rozpouští ve zředěné kyselině sírové za vzniku roztoků, které obsahují fialový iont Nd(III).
Výroba
Kovový neodym se v přírodě nikdy nenachází jako volný prvek. Získává se z rud, jako je bastnaezit a monazit, ve kterých je spojen s jinými lanthanoidy a dalšími prvky. Hlavní oblasti těžby těchto nerostů jsou v Číně, USA, Brazílii, Indii, na Srí Lance a v Austrálii. Malá ložiska byla prozkoumána i v Rusku.
Zásoby neodymu se odhadují na přibližně 8 milionů tun. Jeho koncentrace v zemské kůře je asi 38 mg/kg, což je po ceru druhá nejvyšší mezi prvky vzácných zemin. Světová produkce kovů je asi 7000 tun. Převážná část produkce patří Číně. Čínská vláda nedávno uznala tento prvek za strategicky důležitý a zavedla omezení jeho vývozu, což vyvolalo určité obavy ve spotřebitelských zemích a způsobilo prudký nárůst cen neodymu na 500 USD. Dnes se průměrná cena za kilogram čistého kovu pohybuje mezi 300-350 $, oxidy neodymu jsou levnější: 70-130 $.
Existují případy, kdy cena kovu klesla na 40 dolarů kvůli nelegálnímu obchodu při obcházení čínských vládních omezení. Nejistota ohledně ceny a dostupnosti vedla japonské společnosti k vývoji permanentních magnetů a souvisejících elektromotorů s méně nebo žádnými prvky vzácných zemin.
); na. n. 60, v. m. 144,24. Příroda směs se skládá ze stabilních izotopů 142 Nd (27,07 %), 143 Nd (12,17 %), 145 Nd (8,30 %), 146 Nd (17,22 %), 148 Nd (5,78 %) a radioaktivních izotopů 144 Nd (23,78 %, T 1/25 g), 150 Nd (5,67 %, T1/22,1015 g). Externí konfigurace elektronové obaly atomu 4s 2 4p 6 4d 10 4f 4 5s 2 5p 6 6s 2 ; oxidační stav + 3, +4, méně často + 2; ionizační energie sekvenční přechod z Nd 0 na Nd 4+ resp. 5,49, 10,72, 22,14, 40,41 eV; poloměry: atomové 0,182 nm, iontové (koordinační číslo v závorce) pro Nd 3+ 0,112 nm (6), 0,125 nm (8), 0,130 nm (9), 0,141 nm (12), pro Nd 2+ 0,143 nm ( 8) 0,149 nm (9).
N Eodym je jedním z nejvíce běžné REE. Obsah v zemské kůře je 2,5. 10 -3 % hmotnostních, v mořské vodě 9.2. 10-6 mg/l. Spolu s dalšími prvky vzácných zemin podskupiny cer obsahují minerály monazit, bestnezit (až 20 % Nd 2 O 3) a loparit.
Vlastnosti. Neodymový kov má světle šedou barvu; do 885 °C je a-modifikace s šestihranem. Mřížka typu La, a = 0,36579 nm, c = 1,17992 nm, z = 4, prostor. skupina P63/tts; vysoká teplota b-tvar-kubický. typ a-Fe, a = 0,413 nm, z = 2, prostor. skupina Fm3m; Přechod DH a<=>b 3,0 kJ/mol; t.t. 1016 °C, t.v. 3027 °C; hustý a-Nd 6,908 g/cm3, b-Nd 6,80 g/cm3; C 0 p 27,42 JDmol K); DH 0 pl 7,15 kJ/mol; S 0 n298 71,68 JDmol. NA); tlak páry 4,50. 10 -3 Pa (1016°C): teplotní koeficient. lineární expanze 6,7-10~ 6 K, p 6,43-10: 5 Ohm-cm; paramagnetické, magnetické náchylnost +5,628. 10-3; pod 20 K (bod Neel) - antiferomagnet; Tvrdost podle Brinella 350-450 MPa. Snadno přístupný mechanickému zpracování v atmosféře Ar je odolnější vůči oxidaci vzduchem než La, Ce a Pr, ale méně odolný než těžké prvky vzácných zemin Při zahřátí na vzduchu prudce oxiduje s minerály s vroucí vodou Reaguje s halogeny, N 2, H 2, zejména při zahřívání Ve vodném prostředí jsou stabilní pouze známé sloučeniny Nd(IY)-Cs 3 a Ba 2 (Ce, Nd) 2. Dihalogenidy NdX 2 byly získány.
Stabilní komplexní spojení. s polydentátními ligandy tvoří Nd(III) (koordinační číslo 6-12). Tvorba komplexů s monodentátními ligandy není pro neodym typická.
Sesquioxide Nd 2 O 3 - modrofialové krystaly s krychl. mřížka (a = 1,1140 nm, z = 16, prostor.skupina la3); šestiúhelník je znám. modifikace A i (a = 0,3831 nm, c = 0,6008 nm, z = 1, prostorová skupina C3m); t.t. 2320 °C; hustý 7,327 g/cm3; C 0 p 111,3 JDmol. NA); DH 0 vzorek - 1808,3 kJ/mol; S 0 298 158,5 JDmol. NA); získává se rozkladem Nd(NO 3) 3, Nd 2 (C 2 O 4) 3 nebo jiných solí na vzduchu, obvykle při 800-1000 °C. Přechodně přípustná koncentrace ve vzduchu pracovního prostoru je 6 mg/m3.
T r i f t o r i d NdF 3 -pale-ro h Nové krystaly s trigony. mřížka (prostorová skupina Р3С1, z = 6, pro šestihrannou instalaci a = 0,7030 nm, c = 0,7200 nm); t.t. 1377 °C, t.v. 2300 °C; C 0 p 94,9 JDmol. NA); vzorek DH 0 - 1679,0 kJ/mol; S 0 298 121,3 JDmol. NA); přijímat interakci Nd 2 O 3 s plynem HF při 700 °C, srážení solí Nd(III) z vodných roztoků působením HF, term. rozklad fluoroamoniových komplexů při 400-500 °C v atmosféře Ar, N 2 atd.; používá se k získání čistého neodymu metalotermického. způsobem jako součást laserových fluoridových materiálů.
Trichlorid NdCl 3 - růžovofialové hygroskopické krystaly s šestiúhelníkem. mřížka (a = 0,7381 nm, c = 0,4231 nm, z = 2, prostorová grupa C63/t); t.t. 758 °C, t.v. 1690 °C; C 0 p 99,24 JDmol. NA); DH 0 arr - 1040,6 kJ/mol; S 0 298 153,0 JDmol. NA); s HBr a HI se snadno transformuje na odpovídající trihalogenidy; tvoří hydráty; přijímat interakci směsi Сl 2 a СCl 4 s Nd 2 O 3 nebo Nd 2 (C 2 O 4) 3 nad 200 °С a další metody; bezvodý NdCl3 se používá k získání metalotermického kovového neodymu. cesta. LD50 4 g/kg (myši, subkutánně).
Účtenka. Při separaci prvků vzácných zemin se neodym koncentruje spolu s lehkými lanthanoidy a uvolňuje se spolu s Pr; směs konc. Pr(III) a Nd(III) se nazývají didymos. Kovový neodym se získává z bezvodých halogenidů elektrolýzou jejich taveniny nebo tepelným vápenatým
Úvod
obecné charakteristiky
Historie objevů
Výskyt v přírodě a přirozené izotopy
Účtenka
Fyzikální vlastnosti
Chemické vlastnosti
Sloučeniny neodymu
aplikace
Závěr
Literatura
Úvod
Mezi 110 známými chemickými prvky je 14 dvojčat, jejichž vlastnosti jsou si navzájem podobné jako dva hrášky v lusku. Jedná se o takzvané prvky vzácných zemin, neboli lanthanoidy. V periodickém systému chemických prvků D. I. Mendělejeva jsou umístěny v jedné buňce. Důvodem tohoto uspořádání prvků vzácných zemin je jedinečnost jejich elektronické struktury a v důsledku toho extrémní podobnost vlastností.
Po dlouhou dobu byly tyto prvky považovány za vzácné. Teprve studie posledních desetiletí ukázaly, že jich je v zemské kůře více, mnohem více než takových kovů, jako je olovo, rtuť a zlato, které jsou lidem dlouho známé. Lanthanoidy byly považovány za neperspektivní pro praxi. Jejich hlavním využitím byla výroba pazourků do zapalovačů.
Rozvoj technologie, především atomové, vyžadoval nové materiály s nejrůznějšími vlastnostmi. Vědci a inženýři obrátili svou pozornost na prvky vzácných zemin. Nyní jsou jedním z nejdůležitějších materiálů pro nové technologie. Od kosmických raket po léčiva – to je rozsah jejich aplikací.
Proto je velmi důležité studovat jejich jednotlivé vlastnosti a hledat nové oblasti použití.
obecné charakteristiky
Neodym (z řeckého neos - nový a didymos - dvojče, dvojitý) je chemický prvek skupiny III 6. období periodické tabulky chemických prvků D.I. Mendělejeva, patří k prvkům vzácných zemin - lanthanoidům.
Základní konstanty a vlastnosti neodymu:
Atomové číslo 60 Atomová hmotnost 144,24 Počet známých izotopů 24 Počet přirozených izotopů 7 MolekulaNd Hustota, g/cm37,008 Bod tání, oC1024 Bod varu, oC3027 Oxidační stavy 0. +3 Ionizační potenciál, 22eV5,4 iont. Relativní elektro negativita 1,07 Elektrodový potenciál, V-2,43 Konfigurace externích elektronických atomových obalů4f46s2Atomový poloměr, pm182Kovalentní poloměr, pm164Iontový poloměr (Nd3+), pm104Clark, %2,5*10-3
Historie objevů
Ve středověku alchymisté identifikovali skupinu látek, které byly téměř nerozpustné ve vodě a kyselinách (z kyselých roztoků se neuvolňovaly bublinky plynu), při zahřívání se neměnily, netavily a byly zásadité povahy. Tyto látky dostaly společný název přistát .
V roce 1787 objevil švédský armádní poručík Karl Arrhenius v opuštěném lomu poblíž města Ytterby neznámý minerál, který byl později pojmenován ytterbite podle města, ve kterém byl nalezen. V roce 1794 analyzoval Johan Gadolin ytterbit a ukázal, že tento minerál kromě oxidů berylia, křemíku a železa obsahuje 38 % oxidu neznámého prvku. Nový přistát Axel Eksberg jej pojmenoval v roce 1797 yttrium , odpovídajícím prvkem je yttrium. Přibližně ve stejné době různé skupiny badatelů studovaly další minerál - ochroit (Ln2o3 xSiO2 yH2O, kde Ln je lanthanoid) a v roce 1803 téměř současně a nezávisle na sobě Martin Klaproth a J. Berzelius s W. Hisingerem izolovaní z to přistát který byl pojmenován cer , prvkem byl cer a minerál ochrit byl přejmenován na cerit. Objev prvního prvku lanthanoidů - ceru a jeho relativní - yttrium je nejbouřlivější částí první etapy historie prvků vzácných zemin. Od těchto dvou země začal dlouhý řetězec falešných a pravdivých objevů nových prvků. V roce 1839 v něm Karl Mossander při studiu dusičnanu ceru objevil příměs neznámého prvku. Po jeho prostudování došel k závěru, že jde o novinku Země a zavolal jí lanthanu a prvkem je lanthan. V roce 1841 K. Mossander izoloval od nov přistát ještě jeden. Hodně se podobala lanthanová zemina , proto se odpovídající prvek nazýval didyme - z řeckého slova didymos - dvojnásobek nebo čtyřhra .
V roce 1878 francouzský chemik M. Delyafontaine objevil heterogenitu didymu a v roce 1879 z něj L. Boisbaudran izoloval zlomek, odpovídající prvek se nazýval samarium a didymit byl nadále uváděn jako prvek. Ale v roce 1885 rakouský chemik Karl Auer von Welsbach rozdělil didymium na dva prvky. K tomu použil metodu frakční krystalizace podvojných amonných solí: jedna frakce obsahovala soli zelené barvy (odpovídaly světle zelenému oxidu), druhá - soli fialové až červené barvy (odpovídaly šedavě- modrý oxid). Prvek, který produkuje zelené soli, nazval praseodym a druhý prvek neodym (tj. nové didymium). Ve formě kovu získala neodym v roce 1902 skupina německých vědců vedená W. Muthmannem. Výskyt v přírodě a přirozené izotopy Neodym je druhý nejhojnější ze všech lanthanoidů. V zemské kůře je ho dokonce více než samotného lanthanu – 2,5 * 10-3 a 1,8 * 10-3 % hmotnosti mořská voda obsahuje 9,2 * 10-6 mg/l. Neodym tvoří svůj vlastní minerál - aeshinit, kde je zastoupen více než jiné lanthanoidy a jejich satelity - thorium, tantal, niob a kovy alkalických zemin. Přírodní neodym je směs sedmi izotopů s hmotnostními čísly: 142 (27,11 %), 143 (12,17 %), 144 (23,85 %), 145 (8,30 %), 146 (17,22 %), 148 (5,73 %), 150 ( 5,62 %). Pro izotopy platí geochemický zákon: v přírodě je obsah izotopu se sudým hmotnostním číslem vyšší než jeho souseda s lichým. Druhý nejhojnější izotop 144Nd α- radioaktivní s poločasem rozpadu 2,4*1015 let. Z uměle získaných radioaktivních izotopů (je jich asi tucet) může sloužit jako radioaktivní indikátor pouze jeden, 147Nd. Vyzařuje β-, γ- paprsky a má poločas rozpadu 11,1 dne. Všechny ostatní izotopy neodymu mají velmi krátkou životnost. Účtenka Minerály prvků vzácných zemin mají složité složení a je velmi obtížné izolovat prvky, které obsahují. Ještě obtížnější je ale oddělit směs prvků vzácných zemin. Nejstarší klasické separační metody: frakční, frakční krystalizace a frakční bazické srážení. V současné době se vyvíjejí nové metody: chromatografie (iontová výměna) a extrakce organickými rozpouštědly. Při separaci prvků vzácných zemin se neodym koncentruje spolu s lehkými lanthanidy (podskupina ceru) a izoluje se spolu s praseodymem, taková směs praseodymu a neodymu se nazývá didym. Neodym se pak čistí od nečistot iontovou výměnou (pomocí kyseliny ethylendiamintetraoctové nebo pomocí Cu pryskyřice) nebo separací ze směsí chloridů. Kovový neodym se získává z bezvodých halogenidů elektrolýzou jejich taveniny za přítomnosti halogenidů lithia, draslíku, vápníku a barya: NdCl3 (tavenina) -> 2Nd + 3Cl2 A také tepelnou redukcí oxidu neodymu (III) vápníkem: 2O3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO. Fyzikální vlastnosti Neodym, stejně jako všechny lanthanoidy, je přechodným prvkem f, protože jak se jaderný náboj zvýší z 57 na 71, podúroveň 4f se zaplní. Proto mají lanthanoidy vlastnosti, které jsou si velmi blízké. Neodym je stříbřitě bílý, typický kov. Jeho barva je způsobena přítomností oxidového filmu na jeho povrchu. Neodym je tažný, žáruvzdorný, kujný kov, ale má relativně nízkou tvrdost a je snadno obrobitelný. Má paramagnetické vlastnosti, které se vysvětlují přítomností nedokončené podúrovně 4f, která má vysokou magnetickou aktivitu. Chemické vlastnosti Neodym je aktivní kov, jeho reakční chování je podobné lanthanu. Ve vlhkém vzduchu se pokryje oxido-hydroxidovým filmem. Nd + 6H20 + 302 -> 4Nd(OH)3. Neodym se pasivuje ve studené vodě, nereaguje s alkáliemi a etanolem, ale při zahřátí reaguje s vodou: Nd + 6H2O (hor.) → 2Nd(OH)3↓ + 3H2 Neodym je silné redukční činidlo a prudce reaguje s kyselinami: Nd + 6HCl (zředěný) -> 2NdCl3 + 3H2 Nd + 6 HN03 (konc.) -> Nd(N03)3 + 3N02 + 3H20. Neodym je stabilní v kyselině fluorovodíkové a ortofosforečné, protože je pokryt ochranným filmem nerozpustných solí. Při 300 °C hoří na vzduchu: Nd + 3O2 -> 2Nd2O3. Interaguje s halogeny s chlórem (při 300 °C): Nd + 3Cl2 -> 2NdCl3 A při zahřátí interaguje s dusíkem, sírou, uhlíkem, křemíkem, fosforem, vodíkem se sírou (při 500-800oC): Nd + 3S → Nd2S3 s oxidem dusnatým (IV): 6NO2 → 3NO + Nd(NO3)3 s vodíkem (při 300 °C): Nd + 3H2 -> 2NdH3. Tvoří slitiny s většinou kovů. Sloučeniny neodymu Neodym ve sloučeninách vykazuje pouze jeden oxidační stupeň +3 a jsou pro něj známy četné binární sloučeniny. Barva jeho sloučenin není stejná: oxid Nd2O3 je modrofialový, dusičnan a chlorid lila, fluorid NdF3 je světle růžový, bromid NdBr3 je fialový, jodid NdI3 je zelený, sulfid Nd2S3 je tmavě zelený, karbid NdC je hnědý, Hexaborid NdB6 je modrý atd. Oxid neodymný Nd2O3 Bod tání oxidu neodymu je 2320 °C, bod varu - 4300 °C, hustota - 7,327 g/cm3. Oxid neodymu se získává rozkladem dusičnanu, šťavelanu a dalších neodymových solí na vzduchu při 800-1000 °C: Nd(N03)3 -> Nd203 + 3N2O5 Jsou to modrofialové krystaly, nerozpustné ve vodě a zásadách. Oxid neodymový vykazuje slabě zásadité vlastnosti a rozpouští se v kyselinách: 203 + 6HCl -> 2NdCl3 + 3H20. Při interakci s oxidy alkalických kovů vykazuje některé amfoterní vlastnosti: O3 + Na2O → 2NaNdO2. Světle růžové krystaly, nerozpustné ve vodě. Teplota tání fluoridu je 1377°C, bod varu 2300°C. Fluorid neodymu se získává reakcí oxidu neodymu s fluorovodíkem při 700 °C: prvek vzácných zemin sloučenina neodymu Nd203 + 6HF -> 2NdF3 + 3H20. Chlorid neodymný NdCl3 Růžovofialové hygroskopické krystaly, rozpustné ve vodě. Teplota tání chloridu je 758 °C, bod varu 1690 °C, hustota 4,134 g/cm3. Chlorid neodymu se získává reakcí směsi chloru a tetrachlormethanu s oxidem nebo šťavelanem neodymu při teplotách nad 200 °C. Při interakci s bromovodíkem a jodovodíkem se chlorid neodymu snadno přeměňuje na odpovídající halogenid a může tvořit hydráty. Bezvodý chlorid se používá k získání kovového neodymu metalotermickou metodou. Hydroxid neodymný Nd(OH)3 Když se k solím neodymu přidají alkalické roztoky, vysrážejí se buď zásadité soli nebo hydroxidy: (NO3)3 + 2KOH → Nd(OH)2NO3 + 2KNO3(NO3)3 + 3KOH → Nd(OH)3↓ + 3KNO3. Hydroxid neodymný je nerozpustný a slabě zásaditý. Proto se nerozpouští ve zředěných alkáliích, ale snadno se rozpouští v kyselinách za vzniku solí. V koncentrovaných alkalických roztocích, i když dochází k rozpouštění za vzniku solí, jako je MNd02, jsou tyto soli okamžitě hydrolyzovány vodou. Hydroxid neodymu je tedy slabě amfoterní sloučenina s výraznou převahou zásaditých vlastností. Neodymové komplexní sloučeniny Neodym je schopen tvořit složité sloučeniny. Koordinační čísla jsou 6-12, to se vysvětluje účastí f-orbitalů na tvorbě vazeb. Neodym tvoří stabilní komplexní sloučeniny s polydentátními ligandy. Komplexace s monodentátními ligandy není pro neodym typická. V taveninách neodym tvoří hexafluorid Na3. Ve vodných roztocích tvoří silné komplexy s anorganickými i organickými anionty (ligandy). Neodym se také vyznačuje tvorbou krystalických hydrátů. Ionty Nd3+ ve vodných roztocích jsou hydratované a vykazují koordinační číslo 9 a v pevných hydratovaných solích izolovaných z vodných roztoků až 10-12. S vysokým koordinačním číslem souvisí i přítomnost nezaplněné podúrovně 4f, na které je stále mnoho volných míst. aplikace Neodym má poměrně širokou škálu praktických aplikací, protože je dostupný a levný. V přírodní směsi s praseodymem (didimiem) se používá při výrobě skel pro bezpečnostní skla blokující ultrafialové paprsky, což je důležité zejména pro svářeče, hutníky, foukače skla (při svařování skla jsou žluté paprsky sodíku obzvláště jasné) , atd. Brýle s přídavkem 4,3 % oxidu neodymu mají Alexandritový efekt . Neodymové sklo může měnit barvu v závislosti na osvětlení. Vyrábí se z něj krásné vázy a umělecká díla, protože velké koncentrace oxidu neodymu dodávají sklu jasně červený odstín. Neodymové sklo se používá také v laserové technologii. Iont Nd3+ produkuje laserové záření v infračervené oblasti spektra. U speciálních skel se získává extrémně čistý oxid neodymu - 99,996 %. Oxid neodymový má komplex vynikajících fyzikálních a chemických vlastností a je poměrně cenově dostupný. Významné uplatnění nachází v elektrických zařízeních jako dielektrikum, které má minimální koeficient tepelné roztažnosti. Hojně se používá i samotný neodym. Má lepší účinek než jiné lanthanoidy na vlastnosti slitin hořčíku, hliníku a titanu, zvyšuje jejich pevnost a tepelnou odolnost. Důvody pro účinné působení neodymu na slitiny hořčíku: 1.Neodym má maximální rozpustnost v hořčíku, což přispívá k největšímu efektu vytvrzení slitiny v důsledku tepelného zpracování. 2.Rychlost difúze neodymu v hořčíku se ve srovnání s ostatními studovanými kovy vzácných zemin ukazuje jako nejmenší - to způsobuje nižší rychlost měknutí slitiny při zvýšených teplotách a v důsledku toho vyšší tepelnou odolnost. Přídavek 5 % neodymu k hliníku zvyšuje tvrdost a pevnost slitiny v tahu z 5 na 10 kg/mm2. Mezi těmito prvky v tavenině dochází k chemické interakci za vzniku neodymových intermetalických sloučenin NdAl2 a NdAl4. Přídavek 1% neodymu k titanu zvyšuje pevnost v tahu na 48-50 kg/mm2 (u čistého titanu je to 32 kg/mm2), zatímco stejný přídavek ceru se zvyšuje pouze na 38-40 kg/mm2. Neodym se také používá v laserové technologii. Koncentrace iontů Nd3+ ve sklech k tomu určených dosahuje 6 %. Brýle používané jako laserové materiály mají dvě nepopiratelné výhody: vysokou koncentraci aktivních částic a schopnost vyrábět velké aktivní prvky. Komponenty takových skel jsou zvláště pečlivě očištěny od nečistot mědi, železa, niklu, kobaltu a také kovů vzácných zemin - samarium, dysprosium a praseodym. Yttrium hliníkové granáty aktivované neodymem jsou také široce používány jako laserové materiály. Neodymové lasery se používají v experimentech s řízenou fúzí. Výkonné neodymové lasery jsou slibné jako jeden z důležitých prvků satelitní komunikace. Závěr V poslední době se oblasti praktického použití lanthanoidů, včetně neodymu, výrazně rozšířily. Prvek s výrobním číslem 60 má soubor unikátních vlastností, proto je široce používán v technice, hutnictví, sklářském, keramickém a jiném průmyslu. Existují ale dva faktory, které brání rozšíření škály aplikací neodymu a dalších prvků vzácných zemin: vysoká cena jejich čistých přípravků a nedostatečná znalost jednotlivých vlastností, která brání jejich využití v praxi. Proto je v současnosti nutné vlastnosti lanthanoidů aktivně studovat a snad se v příštích letech objeví nové nečekané způsoby jejich aplikace. Bibliografie 1.Shalinets A. B. Herolds atomového věku. Prvky skupiny III periodické tabulky D. I. Mendělejeva. Manuál pro studenty. - M., Vzdělání , 1975. - 192 s. .Populární knihovna chemických prvků: Ve 2 knihách. / [Porov. V. V. Stanzo, M. B. Černěnko]. - 3. vydání, rev. a doplňkové - M.: Nauka, 1983. .Rezervovat 2. Stříbro - Nilsborium a další. 1983. - 572 s. .Reakce anorganických látek: referenční kniha / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; vyd. R. A. Lidina. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M.: Drop, 2007. - 637 s. .Konstanty anorganických látek: referenční kniha / R. A. Lidin, V. A. Molochko, L. L. Andreeva; vyd. R. A. Lidina. - 2. vyd., přepracováno. a doplňkové - M.: Drop, 2006. - 685 s. .Trifonov D. N. Prvky vzácných zemin. - M., 1960. - 134 s. .Achmetov N. S. Obecná a anorganická chemie. Učebnice pro univerzity. - 4. vydání, rev. - M.: Vyšší. škola, ed. centrum Akademie, 2001. - 743 s., ill.
1,14 (Paulingova stupnice)
Nd←Nd 3+ −2,32V
Nd←Nd 2+ −2,2V
(první elektron)
7,1 kJ/mol
289 kJ/mol
šestiúhelníkový
(300 K) (16,5) W/(m K)
| 60 | |
| 4f 4 6s 2 | |
původ jména
Být v přírodě
Místo narození
Ceny
Ceny neodymu o čistotě 99-99,9 % v roce 2011 byly cca 110 USD za 1 kilogram v závislosti na použité technologii výroby a zemi původu, ale i na konečné podobě hotového výrobku a rozsahu jeho aplikace a použití.
V roce 2014 byla cena 99% čistého neodymu přibližně 70 USD za 1 kg.
aplikace
Neodym je jedním z nejpoužívanějších kovů ze skupiny lanthanoidů, spolu se samariem, cerem, lanthanem atd.
Velmi důležité oblasti použití neodymu jsou:
- legování speciálních konstrukčních slitin a ocelí (modifikace jakostních ocelí), neodym ve formě přísady 1,5% zvyšuje pevnost čistého titanu jedenapůlkrát a slouží proto k jeho legování.
- výroba silných permanentních magnetů (neodym-yttrium-kobalt, neodym-železo-bor),
Sloučeniny neodymu se používají v zemědělství (ošetření semen k urychlení klíčení a produktivity).
Dopování neodymem výrazně zvyšuje pevnost termoelektrických materiálů na bázi teluridů a selenidů vizmutu a antimonu a zvyšuje termo-EMF těchto materiálů. Existuje náznak, že dopování termoelektrických slitin systému bismut-telur-cesium neodymem také zvyšuje jejich pevnost, termoemf a dočasnou stabilitu.
Napište recenzi na článek "Neodym"
Poznámky
Odkazy
| Periodická tabulka chemických prvků od D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nd | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Uut | Nahoru | Uus | Polokovy | |||||||||||||||||||||||||||||
Úryvek charakterizující neodym
Zpěváci právě dohráli, když následovaly další a další přípitky, při nichž hrabě Ilja Andrej byl stále emocionálnější, rozbíjelo se ještě více nádobí a ještě více se křičelo. Připili na zdraví Bekleshov, Naryshkin, Uvarov, Dolgorukov, Apraksin, Valuev, na zdraví předáků, na zdraví manažera, na zdraví všech členů klubu, na zdraví všech hostů klubu a nakonec , zvlášť na zdraví zakladatele večeře hraběte Ilji Andreje. Při tomto přípitku hrabě vytáhl kapesník a zakryl si jím obličej a úplně se rozplakal.Pierre seděl naproti Dolochovovi a Nikolaji Rostovovi. Hodně a hltavě jedl a hodně pil, jako vždy. Ale ti, kdo ho znali, krátce viděli, že se v něm toho dne odehrála nějaká velká změna. Celou dobu večeře mlčel, mžoural a škubal sebou, rozhlížel se kolem sebe nebo se zastavujícím pohledem s výrazem naprosté nepřítomnosti třel prstem kořen nosu. Jeho tvář byla smutná a zachmuřená. Zdálo se, že nevidí ani neslyší, co se kolem něj děje, a přemýšlel o něčem samotném, těžkém a nevyřešeném.
Tato nevyřešená otázka, která ho trápila, byly narážky od princezny v Moskvě o Dolokhovově blízkosti s jeho ženou a dnes ráno anonymní dopis, který dostal, ve kterém bylo řečeno s tou odpornou hravostí, která je charakteristická pro všechny anonymní dopisy, které špatně vidí. přes jeho brýle a že spojení jeho ženy s Dolochovem je tajemstvím pouze jemu. Pierre rozhodně nevěřil ani princezniným radám, ani dopisu, ale teď se bál podívat se na Dolokhova, který seděl před ním. Pokaždé, když se jeho pohled náhodou setkal s Dolokhovovými krásnými, drzými očima, Pierre cítil, jak se v jeho duši zvedá něco hrozného, ošklivého, a rychle se odvrátil. Pierre si nevědomky vzpomněl na vše, co se stalo s jeho ženou a jejím vztahem s Dolokhovem, a jasně viděl, že to, co bylo řečeno v dopise, může být pravda, může se alespoň zdát pravdivé, pokud se to netýká jeho ženy. Pierre si mimovolně vzpomněl, jak se Dolochov, kterému bylo po kampani vše vráceno, vrátil do Petrohradu a přišel k němu. Dolokhov využil svého rušného přátelství s Pierrem a přišel přímo do jeho domu a Pierre ho ubytoval a půjčil mu peníze. Pierre si vzpomněl, jak Helen s úsměvem vyjádřila svou nelibost, že Dolokhov žil v jejich domě, a jak Dolokhov cynicky chválil krásu své ženy a jak od té doby až do svého příjezdu do Moskvy nebyl od nich ani minutu oddělen.
"Ano, je velmi hezký," pomyslel si Pierre, znám ho. Bylo by pro něj zvláštní potěšení zneuctít mé jméno a vysmát se mi právě proto, že jsem pro něj pracoval a staral se o něj, pomáhal mu. Vím, chápu, jakou sůl by to mělo přidat jeho podvodu v jeho očích, pokud by to byla pravda. Ano, kdyby to byla pravda; ale nevěřím, nemám na to právo a nemůžu uvěřit." Vzpomněl si na výraz, který Dolochovova tvář nabyla, když na něj přišly chvíle krutosti, jako ty, kdy svázal policistu s medvědem a položil ho na hladinu, nebo když bezdůvodně vyzval člověka na souboj nebo zabil kočího koně s pistolí. Tento výraz měl Dolochov často na tváři, když se na něj díval. "Ano, je to surovec," pomyslel si Pierre, nic pro něj neznamená zabít člověka, musí se mu zdát, že se ho všichni bojí, musí z toho mít radost. Musí si myslet, že se ho taky bojím. A opravdu se ho bojím,“ pomyslel si Pierre a znovu s těmito myšlenkami cítil, jak se mu v duši zvedá něco hrozného a ošklivého. Dolochov, Denisov a Rostov teď seděli naproti Pierrovi a vypadali velmi vesele. Rostov si vesele povídal se svými dvěma přáteli, z nichž jeden byl ušlechtilý husar, druhý slavný nájezdník a hraboš, a občas posměšně pohlédl na Pierra, který na této večeři zapůsobil svou soustředěnou, nepřítomnou mohutnou postavou. Rostov pohlédl na Pierra nevlídně, za prvé proto, že Pierre byl v jeho husarských očích bohatým civilistou, manželem krásky, většinou ženy; za druhé, protože Pierre v soustředění a rozptýlení své nálady nepoznal Rostova a neodpověděl na jeho úklonu. Když začali pít panovníkovo zdraví, Pierre, ztracený v myšlenkách, nevstal a nevzal si sklenici.
- Co děláš? - křikl na něj Rostov a díval se na něj nadšeně zahořklýma očima. - Neslyšíš? zdraví suverénního císaře! - Pierre si povzdechl, poslušně vstal, vypil sklenici a čekal, až si všichni sednou, se svým laskavým úsměvem otočil k Rostovovi.
"Ale nepoznal jsem tě," řekl. - Ale Rostov na to neměl čas, křičel hurá!
"Proč neobnovíš svou známost," řekl Dolochov Rostovovi.
"Bůh s ním, ty blázne," řekl Rostov.
"Musíme si vážit manželů krásných žen," řekl Denisov. Pierre neslyšel, co říkali, ale věděl, že mluví o něm. Zčervenal a odvrátil se.
"No, teď pro zdraví krásných žen," řekl Dolokhov as vážným výrazem, ale s usměvavými ústy v koutcích se se skleničkou otočil k Pierrovi.
"Pro zdraví krásných žen, Petruše, a jejich milenců," řekl.
Pierre se sklopenýma očima pil ze své sklenice, aniž by se na Dolokhova podíval nebo mu odpověděl. Lokaj, který rozdával Kutuzovovu kantátu, položil list papíru na Pierra, jako váženějšího hosta. Chtěl si to vzít, ale Dolokhov se naklonil, vytrhl mu papír z ruky a začal číst. Pierre se podíval na Dolokhova, jeho zorničky klesly: něco strašného a ošklivého, co ho trápilo po celou večeři, povstalo a zmocnilo se ho. Opřel se celým svým korpulentním tělem o stůl: "Neopovažuj se to vzít!" - vykřikl.
Když Nesvitskij a soused na pravé straně slyšeli tento výkřik a viděli, o koho jde, obrátili se ve strachu a spěchu k Bezukhovovi.
- No tak, no tak, o čem to mluvíš? - šeptaly vyděšené hlasy. Dolokhov se na Pierra podíval jasnýma, veselým, krutýma očima, se stejným úsměvem, jako by říkal: "Ale to je to, co miluji." "Nebudu," řekl jasně.
Bledý Pierre s třesoucím se rtem strhl prostěradlo. "Ty... ty... darebáku!... Vyzývám tě," řekl, posunul si židli a vstal od stolu. V tu chvíli, kdy to Pierre udělal a vyslovil tato slova, cítil, že otázka viny jeho ženy, která ho posledních 24 hodin sužovala, byla konečně a nepochybně vyřešena kladně. Nenáviděl ji a byl od ní navždy oddělen. Navzdory Denisovovým žádostem, aby Rostov do této záležitosti nezasahoval, Rostov souhlasil, že bude Dolokhovovým druhým, a po stole mluvil s Nesvitským, Bezukhovovým druhým, o podmínkách duelu. Pierre šel domů a Rostov, Dolokhov a Denisov seděli v klubu až do pozdního večera a poslouchali cikány a skladatele.
"Tak se uvidíme zítra v Sokolniki," řekl Dolochov a rozloučil se s Rostovem na verandě klubu.
- A jsi klidný? - zeptal se Rostov...
Dolochov se zastavil. "Vidíš, řeknu ti v kostce celé tajemství souboje." Pokud jdete do souboje a píšete závěti a něžné dopisy svým rodičům, pokud si myslíte, že by vás mohli zabít, jste hlupák a pravděpodobně jste ztraceni; a půjdeš s pevným úmyslem ho zabít, co nejrychleji a nejjistěji, pak bude všechno v pořádku. Jak mi říkal náš lovec medvědů Kostroma: jak se nebát medvěda? Ano, jakmile ho uvidíte, a strach přejde, jako by nezmizel! No já taky. Demain, mon cher! [Nashledanou zítra, má drahá!]
Následujícího dne v 8 hodin ráno dorazili Pierre a Nesvitskij do Sokolnického lesa a našli tam Dolokhova, Denisova a Rostova. Pierre vypadal jako muž zaneprázdněný některými úvahami, které s nadcházející záležitostí vůbec nesouvisely. Jeho vyčerpaný obličej byl žlutý. Tu noc zřejmě nespal. Nepřítomně se rozhlédl kolem sebe a trhl sebou, jako by ho pálilo jasné slunce. Zaměstnávaly ho výhradně dvě úvahy: vina jeho manželky, o níž po probdělé noci již nebylo nejmenších pochyb, a nevina Dolokhova, který neměl důvod chránit čest cizího člověka. "Možná bych na jeho místě udělal totéž," pomyslel si Pierre. Pravděpodobně bych udělal totéž; Proč tento souboj, tato vražda? Buď ho zabiju, nebo mě praští do hlavy, lokte, kolena. "Vypadni odsud, uteč, někam se zahrabej," přišlo mu na mysl. Ale přesně v těch chvílích, kdy ho takové myšlenky napadly. Se zvláště klidným a nepřítomným pohledem, který vzbuzoval respekt u těch, kteří se na něj dívali, se zeptal: „Je to brzy a je to připraveno?
