Виділення неодиму з його мінералу відбулося наприкінці 19 століття. Зробив це хімік німецького походження Карл Ауер фон Вельсбах. Довгий час наукова громадськість не надавала цьому відкриттю належного значення. Неодим вважався нікому не потрібним, малоперспективним металом. Єдине, де йому знайшли застосування – так це виготовлення кремнію для запальничок.
Але все змінилося, коли людству відкрилися методи отримання енергії з допомогою поділу атомних ядер. Атомна промисловість потребувала нових матеріалів, одним із яких і став неодим. Які властивості дозволили йому набути широкого поширення у високонауковому виробництві?
Фізичні властивості
Неодим – типовий представник рідкісноземельних металів. Має сріблясто-білий колір. Належить до лантаноїдної групи. У природних умовах трапляється у вигляді 7 ізотопів, двоє з яких радіоактивні. Період їхнього напіврозпаду становить 14 днів.
Щільність металевого неодиму менша, ніж у конструкційних сталей і дорівнює 7007 кг/м3. Температура плавлення 1024 °С. Температура, коли метал починає кипіти, 3050 ºС. Неодим має високу теплопровідну здатність. Коефіцієнт теплопровідності становить 13,5 Вт м К.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення дорівнює 6,7 * 10-61/С, тобто. зі збільшенням температури на 1 градус метал розшириться на 6,7 мкм. Питомий опір електричного струму 0,64 мкОм*м. Парамагнітний. Сприйнятливість до магнітного поля становить 39,5*10-9 одиниць.
Хімічні властивості
Неодим – елемент із підвищеною активністю. Утворює сплави з більшістю нині відомих металів.
Металевий неодим має сильні відновлювальні властивості. Метал активно взаємодіє з соляною, сірчаною, азотною та іншими кислотами. Інертен щодо фтороводородної та ортофосфорної кислот. Причина цього у наявності на поверхні неодиму захисної плівки, що складається з сполук розчинної солі.
У насиченому вологому повітрі неодим покривається тонкою гідроксидною плівкою. За температури понад 300 ºС починається процес горіння. При нагріванні понад 500 С неодим вступає в хімічні реакції з такими елементами як водень, фосфор, вуглець, сірка, азот.
Механічні властивості
Відмінною рисою неодиму є його висока пластичність. Модуль Юнга (пружності) складає 37 гПа. Модуль зсуву 13,5 гПа. Відносне подовження на стиск дорівнює 40%, що можна порівняти з аналогічним показником міді.
Неодим не виділяється високими характеристиками міцності. Межа міцності на розрив становить 136 МПа, що майже в 4 рази нижче, ніж у сталі 45. Твердість металевого неодиму залежить від кількості домішок у його складі. Такі елементи, як фосфор, підвищують її значення, але при цьому негативно впливають на міцність. Для чистого неодиму твердість дорівнює 314 одиниць за шкалою Брінелля.
Технологічні властивості
Підвищена пластичність металу забезпечує можливість застосування всіх типів гарячої і холодної обробки тиском: штампування, кування, карбування та інше. Штамповані заготовки з неодиму відрізняються високою точністю через низьке значення усадки металу.
Метал піддається різанню. Через його підвищену в'язкість не вдається досягти високих швидкостей різання при обробці. Вони коливаються не більше 40-60 м/с.
Металевий неодим не змінює механічних характеристик обробкою температурою. Чи не зварюється. Частково піддається зварюванню.
З'єднання неодиму
Як було зазначено раніше, неодим активно входить у хімічні зв'язки коїться з іншими елементами. Найбільш застосовувані у практиці серед них:
- Оксид неодиму - блакитно-сіре з'єднання щільністю 7325 кг/м3. Тугоплавок. Температура плавлення 2300 С. Не розчиняється у лугу та воді.
- Фторид неодиму – кристал блідо-рожевого кольору з температурою плавлення 1375°С.
- Хлорид неодиму - фіолето-рожеве з'єднання щільністю 4135 кг/м3. Відрізняється відносно низькою температурою плавлення 760 С. Добре розчинний у воді.
Застосування
Широке використання неодиму у виробництві має дві основні причини:
- Велике поширення у природі. Літосфера містить у середньому 2,5 г на тонну землі, а морська вода 0,02*1 мкг на 1000 літрів. Його відсотковий вміст на планеті випереджає такі метали як золото, нікель, алюміній та інше.
- Щодо низькі ціни.
У виробництві виділяють такі способи застосування даного рідкісноземельного металу:
- Скляна промисловість. Разом з іншими рідкісноземельними металами, неодим є складовою скла, що змінює свій колір виходячи з інтенсивності освітлення. Також він є компонентом «освітлювального» скла, що застосовується при виготовленні оптичної апаратури. З неодимових сплавів виробляють захисні окуляри для забезпечення безпеки зварювального процесу. Причиною цього стала здатність металу поглинати ультрафіолет. Металевий неодим служить матеріалом для інфрачервоних фільтрів, що використовуються в оптичному обладнанні астрономів. Здатність неодимового скла перешкоджати проникненню нейтронів знайшло застосування у виробництві захисту термоядерних реакторів.
- У металургійній галузі неодим застосовується як розкислювач сталі. Введення неодиму в нікелевий сплав підвищує його пластичність на 30-40%, що дозволяє обробляти метал тиском. Магнієві сплави, леговані неодимом, зберігають свої механічні характеристики за більш високих температур. Титан із вмістом ніобію у складі має кращу міцність та стійкість до утворення корозії порівняно з чистим металом.
- В атомній промисловості металевий неодим використовують для одержання плутонію з урано-плутонового розчину. Плутоній виділяється набагато швидше за умов наявності часток неодиму, що дає можливість проведення його рівномірної екстракції з рідкого урану. Крім цього, неодим збільшує якісні характеристики уранового палива.
- Більшість сучасних промислових магнітів засновані на з'єднання залізо-бор-неодим. У порівнянні з самарієво-кобальтовими магнітами, вони відрізняються вищими значеннями магнітної сили.
- Хімічна промисловість застосовує неодим як каталізатор при виготовленні різного роду полімерів.
- Крім цього є сировиною для кристалів випромінювачів лазерів. Неодимові лазери активно застосовують у пластичній хірургії для корекції фігури.
- Використовується як конструкційний матеріал у ракетокосмічній промисловості. Неодимовий металопрокат є заготовкою для деталей, встановлених на орбітальних супутниках та космічних апаратах.
- В електроніці неодим служить при виробництві електронно-променевих трубок, що відрізняються підвищеним значенням контрастів кольорів.
Неодим – хімічний елемент із символом Nd та атомним номером 60. Це м'який сріблястий метал, який тьмяніє на повітрі. Був виявлений 1885 року австрійським хіміком Карлом Ауером фон Вельсбахом. Речовина присутня у значних кількостях у покладах монацитового піску та такому мінералі, як бастнезит.
Історія
Рідкоземельний метал неодим був виявлений австрійським хіміком бароном Карлом Ауером фон Вельсбахом у Відні 1885 року. Вчений виділив нову речовину (а також елемент празеодим) з матеріалу, відомого як дидим, за допомогою фракційної кристалізації подвійного тетрагідрату нітрату амонію з азотної кислоти після поділу шляхом спектроскопічного аналізу. Однак до 1925 року не вдавалося одержати елемент у чистій формі.
До кінця 1940 основним комерційним була подвійна кристалізація нітратів. Метод малоефективний, і кількість речовини, що одержується, була невеликою. Компанія Lindsay Chemical Division стала першою, хто розпочав великомасштабне виробництво неодиму методом іонообмінного очищення. Починаючи з 1950 років високоочищений (понад 99%) елемент в основному отримують в результаті процесу іонного обміну з монациту, багатого на рідкоземельні елементи, шляхом електролізу його галоїдних солей.
Нині більшість металевих неодимів витягують із бастнезиту. Технології, що розвиваються, і розробка покращених методів чищення дозволили широко використовувати його в промисловості.
Опис
Хімічний елемент не зустрічається природним чином у металевій формі, його відокремлюють із речовини дидим, в якому він змішаний з іншими лантаноїдами (зокрема, з празеодимом). Хоча неодим класифікується як рідкоземельний досить поширений елемент, що зустрічається не рідше за кобальт, нікель або мідь, і широко поширений в земній корі. Більшість речовини видобувається у Китаї.
Неодимові сполуки були вперше комерційно використані як скляні барвники в 1927 році, і вони залишаються популярною добавкою в лінзах окулярів. Колір сполук неодиму через присутність іонів Nd 3+ часто має червонувато-фіолетовий відтінок, але він змінюється залежно від типу освітлення.
Застосування
Лінзи, леговані неодимом, використовуються в лазерах, що випромінюють інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі від 1047 до 1062 нанометрів. Вони застосовуються в системах, що мають надзвичайно високу потужність, наприклад, в експериментах з інерційного стримування.
Неодим металевий також використовується з іншими кристалами (такими як ітрій-алюмінієвий гранат) у лазерах серії Nd:YAG. Ця установка зазвичай випромінює інфрачервоні промені з довжиною хвилі близько 1064 нм. Вона є одним з найчастіше використовуваних
Інше важливе застосування металевого неодиму - як підсилювальний компонент у сплавах, що використовуються для виготовлення потужних постійних міцних магнітів. Вони широко використовуються в таких продуктах, як мікрофони, професійні динаміки, навушники-вкладиші, високопродуктивні електродвигуни постійного струму, комп'ютерні жорсткі диски - там, де потрібна мала магнітна маса (об'єм) або сильні магнітні поля.
Великі неодимові магніти використовуються в електродвигунах з великою потужністю і вагою (наприклад, у гібридних автомобілях) та генераторах (наприклад, електричні генератори повітряних суден та вітряних електростанцій). Також елемент використовують для зміцнення деяких сплавів. Наприклад, титан стає в півтора рази міцнішим після добавки всього 1,5% даної речовини.
Фізичні властивості
Металевий неодим присутній у класичному мішметалі (сплаві рідкісноземельних елементів), де його концентрація зазвичай становить близько 18%. У чистому вигляді елемент має яскравий сріблясто-золотистий металевий блиск, але швидко окислюється на повітрі. Утворюється шар оксиду, який відшаровується, піддаючи метал подальшому окисленню. Таким чином сантиметровий зразок речовини повністю окислюється протягом року.
Неодим зазвичай існує у двох алотропних формах з перетворенням з подвійної гексагональної кубічної структури з центру на центр. Плавитися починає за 1024°C, а закипати при 3074°C. Щільність речовини у твердій фазі - 7,01 г/см 3 у рідкому стані - 6,89 г/см 3 .
Атомарні властивості:
- Стан окиснення: +4, +3, +2 (основний оксид).
- Електронегативність: 1,14 (за шкалою Поллінга).
- Теплопровідність: 16,5 Вт/(м·К).
- Енергія іонізації: 1: 533,1 кДж/моль, 2: 1040 кДж/моль, 3: 2130 кДж/моль.
- Радіус атома: 181 пікометр.
Хімічні властивості
Металевий неодим повільно тьмяне на повітрі і легко горить при температурі близько 150°C з утворенням оксиду неодиму (III):
4Nd + 3O 2 → 2Nd 2 O 3
Це електропозитивний елемент. Він повільно реагує з холодною водою, але досить швидко - з гарячою, утворюючи гідроксид неодиму (III):
2Nd(s) + 6H 2 O(l) → 2Nd(OH) 3 (aq) + 3H 2 (g)
Метал енергійно вступає в реакцію з усіма галогенами, легко розчиняється у розведеній сірчаній кислоті з утворенням розчинів, що містять фіолетовий іон Nd(III).
Виробництво
Неодим металевий ніколи не зустрічається у природі як вільний елемент. Його видобувають із таких руд, як бастнезит та монацит, у яких він пов'язаний з іншими лантаноїдами та іншими елементами. Основні райони видобутку мінералів знаходяться в Китаї, США, Бразилії, Індії, Шрі-Ланці та Австралії. Невеликі родовища розвідані й у Росії.
Запаси неодиму оцінюються приблизно 8 мільйонів тонн. Його концентрація в корі Землі становить близько 38 мг/кг, що є другим за величиною серед рідкісноземельних елементів після церію. Світове виробництво металу складає 7000 тонн. Основна частина виробництва належить Китаю. Уряд КНР нещодавно визнав елемент стратегічно важливим і ввів обмеження на його експорт, викликавши деякі побоювання у країнах-споживачах та спровокувавши різке підвищення цін на неодим до 500 $. Сьогодні середня ціна за кілограм чистого металу варіюється в межах 300-350 $, оксиди неодиму коштують дешевше: 70-130 $.
Відомі випадки, коли вартість металу падала до 40$ через незаконну торгівлю в обхід обмежень уряду Китаю. Невизначеність ціноутворення та доступності змусила японські компанії розробляти постійні магніти та пов'язані з ними електродвигуни з меншою кількістю рідкісноземельних елементів або взагалі без них.
); ат. н. 60, ат. м. 144,24. Прир. суміш складається з стабільних ізотопів 142 Nd (27,07%), 143 Nd (12,17%), 145 Nd (8,30%), 146 Nd (17,22%), 148 Nd (5,78%) та радіоактивних ізотопів 144 Nd (23,78%, Т 1/2 5 . 10 15 г), l50 Nd (5,67%, T 1/2 2 . 10 15 г). Конфігурація зовніш. електронних оболонок атома 4s 2 4p 6 4d 10 4f 4 5s 2 5p 6 6s 2; ступінь окислення +3, +4, рідше за +2; енергія іонізації при последоват. переході від Nd 0 до Nd 4+ соотв. 5,49, 10,72, 22,14, 40,41 еВ; радіуси: атомний 0,182 нм, іонний (у дужках -координаційне число) для Nd 3+ 0,112 нм (6), 0,125 нм (8), 0,130 нм (9), 0,141 нм (12), для Nd 2+ 8), 0,149 нм (9).
Н еодим-один із наиб. поширених РЗЕ. Зміст у земній корі 2,5. 10 -3% по масі, у морській воді 9,2. 10-6 мг/л. Разом з ін РЗЕ церієвої підгрупи міститься в мінералах монацит, бестнезит (до 20% Nd 2 O 3), лопарит.
Властивості.Неодим-метал світло-сірого кольору; до 885 ° С існує a-модифікація з гексагон. ґратами типу La, а = 0,36579 нм, з = 1,17992 нм, z = 4, просторів. група Р6 3/ТТС; високотемпературна b-форма-кубич. типу a-Fe, а = 0,413 нм, z = 2, просторів. група Fm3m; DH переходу a<=>b 3,0 кДж/моль; т. пл. 1016 ° С, т. Кіп. 3027 ° С; щільн. a-Nd 6,908 г/см 3 b-Nd 6,80 г/см 3 ; 0 p 27,42 ДжДмоль К); DH 0 пл 7,15 кДж/моль; S 0 п298 71,68 ДжДмоль. К); тиск пари 4,50. 10 -3 Па (1016 ° С): температурний коеф. лінійного розширення 6,7-10~6 До, р 6,43-10: 5 Ом-см; парамагнетик, магн. сприйнятливість +5,628. 10 -3; нижче 20 К (точка Нееля)-антиферомагнетик; твердість за Брінеллем 350-450 МПа. Легко піддається "мех. обробці в атмосфері Аr. Неодим більш стійкий до окислення повітрям, ніж La, Се і Рr, але менше стійок, ніж важкі РЗЕ. При нагр. на повітрі швидко окислюється. З мінер. к-тами бурхливо реагує, взаємод з киплячою водою Реагує з галогенами N 2 H 2 особливо при нагріванні У водних середовищах стабільні тільки з'єдн Nd(III) Відомі з'єдн. O 6. Отримані дигалогеніди NdX 2 .
Стійкі комплексні з'єдн. з полідентатними ліган-дами утворює Nd(III) (координаційне число 6-12). Комплексоосвіта з монодентатними лігандами не характерна для неодиму.
Сесквіоксид Nd 2 O 3 -блакитно-фіолетові кристали з кубіч. ґратами (а = 1,1140 нм, z = 16, просторів.група Ia3); відома гексагон. модифікація ія (а = 0,3831 нм, з = 0,6008 нм, z = 1, просторів. група С3т); т. пл. 2320 ° С; щільн. 7,327 г/см 3 ; З 0 p 111,3 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1808,3 кДж/моль; S 0298 158,5 ДжДмоль. К); отримують розкладанням Nd(NO 3) 3 , Nd 2 (C 2 O 4) 3 або інших солей на повітрі зазвичай при 800-1000 °С. Тимчасово допустима концентрація повітря робочої зони 6 мг/м 3 .
Т р і ф т о р і д NdF 3 -блідо-ро зкристали з тригон. гратами (просторів. група Р3С1, z = 6, для гексагон. установки а = 0,7030 нм, с = 0,7200 нм); т. пл. 1377 ° С, т. Кіп. 2300 ° С; З 0 p 94,9 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1679,0 кДж/моль; S 0298 121,3 ДжДмоль. К); отримують взаємод. Nd 2 O 3 з HF-газом при 700 °С, осадженням з водних розчинів солей Nd(III) дією HF, термич. розкладанням фтораммонієвих комплексів при 400-500 ° С в атмосфері Ar, N 2 та ін; застосовують для отримання чистого неодиму металотерміч. способом як компонент лазерних фторидних матеріалів.
Т р і х л о р і д NdCl 3 -рожево-фіолетові гігроскопічні кристали з гексагоном. гратами (а = 0,7381 нм, с = 0,4231 нм, z = 2, просторів. група С6 3/т); т. пл. 758 ° С, т. Кіп. 1690 ° С; З 0 р 99,24 ДжДмоль. К); DH 0 обр - 1040,6 кДж/моль; S 0 298 153,0 ДжДмоль. К); з НВr та HI легко переходить у відповідні тригалогеніди; утворює гідрати; отримують взаємод. суміші Сl 2 і ССl 4 з Nd 2 O 3 або Nd 2 (C 2 O 4) 3 вище 200 ° С та ін способами; безводний NdCl 3 застосовують для отримання металевого неодиму металотерміч. способом. ЛД 50 4 г/кг (миші, підшкірно).
Отримання.Неодим при поділі РЗЕ концентрується разом з легкими лантаноїдів і виділяється разом з Рr; суміш з'єдн. Рr(III) та Nd(III) зв. дидімом. Металевий неодим отримують з безводних галогенідів електролізом їхнього розплаву або кальцієтермічним.
Вступ
Загальна характеристика
Історія відкриття
Поширеність у природі та природні ізотопи
Отримання
Фізичні властивості
Хімічні властивості
З'єднання неодиму
Застосування
Висновок
Література
Вступ
Серед 110 відомих хімічних елементів є 14 елементів-близнюків, чиї властивості схожі один на одного, як дві краплі води. Це так звані рідкісноземельні елементи, або лантаноїди. У періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва вони розташовуються в одній клітині. Причина такого розміщення рідкісноземельних елементів полягає у своєрідності їхньої електронної структури і, як наслідок, у надзвичайній близькості властивостей.
Довгий час ці елементи вважалися рідкісними. Лише дослідження останніх десятиліть показали, що у земній корі їх більше, набагато більше, ніж таких давно відомих людям металів, як свинець, ртуть, золото. Лантаноїди вважалися малоперспективними для практики. Виготовлення кремнів для запальничок було їх основним застосуванням.
Розвиток техніки, головним чином атомної, зажадав нових матеріалів із найрізноманітнішими властивостями. Вчені та інженери звернули увагу на рідкісні елементи. Тепер вони є одним із найважливіших матеріалів нової техніки. Від космічних ракет до лікарських препаратів – такий діапазон їх застосування.
Тому дуже важливо вивчати їх індивідуальні властивості та шукати нові сфери застосування.
Загальна характеристика
Неодим (від грец. neos - новий і didymos - близнюк, двійник) - хімічний елемент III групи 6-го періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, він відноситься до рідкісноземельних елементів - лантаноїдів.
Основні константи та властивості неодиму:
Атомний номер60Атомна маса144,24Кількість відомих ізотопів24Кількість природних ізотопів7МолекулаNdЩільність, г/см37,008Температура плавлення, оС1024Температура кипіння, оС3027Степені окислення0, +5Потен Відносна електронегативність1,07Електродний потенціал, В-2,43Конфігурація зовнішніх електронних оболонок атома4f46s2Атомний радіус, пм182Ковалентний радіус, пм164Іонний радіус (Nd3+), пм104Кларк, %2,5*10-3
Історія відкриття
У середні віки алхіміки виділили групу речовин, що майже не розчиняються у воді та кислотах (з розчинів кислот не виділялося бульбашок газу), не змінювалися при нагріванні, не плавилися і мають лужний характер. Таким речовинам дали загальну назву землі .
У 1787 році лейтенант шведської армії Карл Арреніус виявив у покинутому кар'єрі поблизу містечка Іттербі невідомий мінерал, який згодом був названий на честь містечка, в якому його було знайдено, ітербітом. В 1794 Юхан Гадолін піддав аналізу ітербіт і показав, що цей мінерал, крім оксидів берилію, кремнію і заліза, містить 38% оксиду невідомого елемента. Нову землю Аксель Ексберг у 1797 році назвав ітрієвої , відповідний елемент – ітрієм. Приблизно в той же час різні групи дослідників вивчали ще один мінерал - охроіт (Ln2o3 xSiO2 yH2O, де Ln - лантаноїд), і в 1803 майже одночасно і незалежно один від одного Мартін Клапрот і Я. Берцеліус з В. Хізінгером виділили з нього землю , яку назвали церієвий , елемент - церієм, а мінерал охрит був перейменований на церит. Відкриття першого лантаноїдного елемента - церію та його родича - Ітрія - найбільш бурхлива частина першого етапу історії рідкісноземельних елементів. Від цих двох земель потягнувся довгий ланцюжок хибних і щирих відкриттів нових елементів. В 1839 Карл Моссандер, вивчаючи нітрат церію, виявив в ній домішка невідомого елемента. Вивчивши його, він дійшов висновку, що це нова земля і він назвав її лантанової а елемент - лантаном. У 1841 році К. Моссандер виділив із нової землі ще одну. Вона була дуже схожа на лантанову землю тому відповідний їй елемент був названий дидимом - від грецького слова дідімос - двійник , або парний .
У 1878 році французький хімік М. Деляфонтен виявив неоднорідність дідима, а в 1879 Л. Буабодран виділив з нього фракцію, відповідний елемент назвали самарієм, а дідім продовжував числитися як елемент. Але 1885 року австрійський хімік Карл Ауер фон Вельсбах розділив дідім на два елементи. Для цього він використовував метод фракційної кристалізації подвійних амонійних солей: до однієї фракції входили солі зеленого кольору (їм відповідав блідо-зелений оксид), до іншої - солі кольору від фіолетового до червоного (їм відповідав сірувато-синій оксид). Елемент, що дає солі зеленого кольору, він назвав празеодимом, а другий елемент – неодимом (тобто новий дідім). У вигляді металу неодим було отримано групою німецьких вчених на чолі з В. Мутманном у 1902 році. Поширеність у природі та природні ізотопи Неодим – другий за поширеністю серед усіх лантаноїдів. Його в земній корі навіть більше, ніж самого лантану, - 2,5*10-3 та 1,8*10-3% за масою відповідно, у морській воді міститься 9,2*10-6 мг/л. Неодим утворює власний мінерал - ешиніт, де його більше, ніж інших лантаноїдів та його супутників - торію, танталу, ніобію, лужноземельних металів. Природний неодим представляє суміш із семи ізотопів з масовими числами: 142 (27,11%), 143 (12,17%), 144 (23,85%), 145 (8,30%), 146 (17,22%) 148 (5,73%), 150 (5,62%). Для ізотопів дотримується геохімічний закон: у природі вміст ізотопу з парним масовим числом вищий, ніж сусідній з непарним. Другий за поширеністю ізотоп 144Nd α- радіоактивний із періодом напіврозпаду 2,4*1015 років. Зі штучно отриманих радіоактивних ізотопів (їх близько десятка) тільки один 147Nd може служити як радіоактивний індикатор. Він випускає β-, γ- промені та має період напіврозпаду 11,1 дня. Всі інші ізотопи неодиму дуже короткоживучі. Отримання Мінерали рідкісноземельних елементів складні за складом і дуже важко виділити з них елементи, що містяться. Але ще складніше розділити суміш рідкісноземельних елементів. Найбільш старі, класичні методи поділу: дробова, фракційна кристалізація та дробове основне осадження. В даний час розвиваються нові методи: хроматографія (іонний обмін) та екстракція органічними розчинниками. При поділі рідкісноземельних елементів неодим концентрується разом з легкими лантаноїдами (церієва підгрупа) і виділяється разом із празеодимом, таку суміш празеодиму і неодиму називають дидимом. Потім неодим очищають від домішок методом іонного обміну (за допомогою етилендіамінтетраоцтової кислоти або з використанням Cu-смоли) або методом поділу із сумішей хлоридів. Металевий неодим отримують з безводних галогенідів електролізом їх розплаву, у присутності галогенідів літію, калію, кальцію, барію: NdCl3 (розплав) → 2Nd + 3Cl2 А також термічним відновленням оксиду неодиму (III) кальцієм: 2O3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO. Фізичні властивості Неодим, як і всі лантаноїди, є перехідним f-елементом, так як зі збільшенням заряду ядра від 57 до 71 відбувається заповнення 4f-підрівня. Тому лантаноїди мають виключно близькі один до одного властивості. Неодим – сріблясто-білий, типовий метал. Його колір пов'язаний із присутністю на його поверхні оксидної плівки. Неодим - пластичний, тугоплавкий, ковкий, але має відносно невисоку твердість метал, легко піддається механічній обробці. Має парамагнітні властивості, які пояснюються наявністю недобудованого 4f-підрівня, що володіє високою магнітною активністю. Хімічні властивості Неодим – активний метал, за своєю поведінкою при реакціях схожий на лантан. У вологому повітрі він покривається оксидно-гідроксідною плівкою. Nd + 6H2O + 3O2 → 4Nd(OH)3. Неодим пасивується в холодній воді, не реагує з лугами та етанолом, але взаємодіє з водою при нагріванні: Nd + 6H2O (гор.) → 2Nd(OH)3↓ + 3H2 Неодим є сильним відновником, бурхливо реагує із кислотами: Nd + 6HCl (розб.) → 2NdCl3 + 3H2 Nd + 6 HNO3 (конц.) → Nd(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O. У фтороводородній та ортофосфорній кислотах неодим стійкий, оскільки покривається захисною плівкою нерозчинних солей. При 300оС згоряє на повітрі: Nd + 3O2 → 2Nd2O3. Взаємодіє з галогенами з хлором (при 300оС): Nd + 3Cl2 → 2NdCl3 А при нагріванні взаємодіє з азотом, сіркою, вуглецем, кремнієм, фосфором, воднем із сіркою (при 500-800оС): Nd + 3S → Nd2S3 з оксидом азоту (IV): 6NO2 → 3NO + Nd(NO3)3 з воднем (при 300оС): Nd + 3H2 → 2NdH3. З більшістю металів дає метали. З'єднання неодиму Неодим у сполуках виявляє лише один ступінь окислення +3, для нього відомі численні бінарні сполуки та різноманітні солі. Забарвлення сполук у нього неоднакова: оксид Nd2O3 блакитно-фіолетовий, нітрат і хлорид - бузкові, фторид NdF3 - світло-рожевий, бромід NdBr3 - фіолетовий, іодид NdI3 - зелений, сульфід Nd2S3 - темно-зелений синій тощо. Оксид неодиму (III) Nd2O3 Температура плавлення оксиду неодиму 2320оС, температура кипіння – 4300оС, щільність – 7,327 г/см3. Оксид неодиму отримують розкладанням нітрату, оксалату та інших солей неодиму на повітрі при 800-1000оС: Nd(NO3)3 → Nd2O3 + 3N2O5 Це блакитно-фіолетові кристали, нерозчинні у воді та лугах. Оксид неодиму виявляє слабоосновні властивості та розчиняється в кислотах: 2O3 + 6HCl → 2NdCl3 + 3H2O. При взаємодії з оксидами лужних металів виявляє деякі амфотерні властивості: O3 + Na2O → 2NaNdO2. Блідо-рожеві кристали, нерозчинні у воді. Температура плавлення фториду 1377оС, температура кипіння – 2300оС. Фторид неодиму одержують взаємодією оксиду неодиму з фтороводнем при 700оС: рідкісноземельний елемент неодим з'єднання Nd2O3 + 6HF → 2NdF3 + 3H2O. Хлорид неодиму (III) NdCl3 Рожево-фіолетові гігроскопічні кристали, розчинні у воді. Температура плавлення хлориду 758оС, температура кипіння – 1690оС, щільність – 4,134 г/см3. Хлорид неодиму отримують взаємодією суміші хлору та тетрахлорметану з оксидом або оксалатом неодиму при температурі вище 200оС. При взаємодії з бромоводнем та йодоводородом хлорид неодиму легко переходить у відповідний галогенід, може утворювати гідрати. Безводний хлорид застосовують для отримання металевого неодиму металотермічним способом. Гідроксид неодиму (III) Nd(OH)3 При додаванні розчинів лугів до солей неодиму в осад випадають основні солі, або гідроксид: (NO3)3 + 2KOH → Nd(OH)2NO3 + 2KNO3(NO3)3 + 3KOH → Nd(OH)3↓ + 3KNO3. Гідроксид неодиму нерозчинний, має слабоосновний характер. Тому він не розчиняється у розведених лугах, але легко розчиняється у кислотах з утворенням солей. У концентрованих розчинах лугів розчинення хоч і відбувається з утворенням солей типу MNdO2, але ці солі негайно гідролізуються водою. Отже, гідроксид неодиму - слабоамфотерне з'єднання з різким переважанням основних властивостей. Комплексні сполуки неодиму Неодим здатний утворювати комплексні сполуки. Координаційні числа дорівнюють 6-12, це пояснюється участю в освіті зв'язків f-орбіталей. Неодим утворює стійкі комплексні сполуки з полідентантними лігандами. Комплексоутворення з монодентантними лігандами не є характерним для неодиму. У розплавах неодим утворює гексафторид Na3. У водних розчинах він утворює міцні комплекси як з неорганічними, так і органічними аніонами (лігандами). Для неодиму також характерне утворення кристалогідратів. Іони Nd3+ у водних розчинах гідратовані та виявляють координаційне число 9, а у твердих гідратованих солях, виділених з водних розчинів, - до 10-12. Висока координаційна кількість також пов'язана з наявністю незаповненого 4f-підрівня, на якому є ще багато вакантних місць. Застосування Неодим має досить широке практичне застосування, оскільки він доступний та дешевий. У природній суміші з празеодимом (дідім) він використовується у виготовленні скла для захисних окулярів, що затримують ультрафіолетові промені, що особливо важливо для зварювальників, металургів, склодувів (при зварюванні скла особливо яскраві жовті промені натрію) і т. д. Скло з 4,3 %-ною добавкою окису неодиму мають олександритовський ефект . Неодимове скло може змінювати забарвлення залежно від освітлення. Його використовують для виготовлення гарних ваз та художніх виробів, оскільки великі концентрації оксиду неодиму надають склу яскраво-червоного відтінку. Неодимове скло також застосовують у лазерній техніці. Іон Nd3+ дає лазерне випромінювання в спектрі інфрачервоної області. Для спеціального скла отримують окис неодиму надзвичайно високої чистоти - 99,996%. Оксид неодиму має комплекс чудових фізико-хімічних властивостей, і досить доступний. Знаходить важливе застосування в електричних приладах як діелектрик, який відрізняється мінімальним коефіцієнтом теплового розширення. Досить широко застосовується і сам неодим. Він краще за інших лантаноїдів впливає на властивості магнієвих, алюмінієвих і титанових сплавів, підвищує їхню міцність і жаростійкість. Причини ефективної дії неодиму на магнієві сплави: 1.Неодим має максимальну розчинність у магнії, яка сприяє найбільшому ефекту зміцнення сплаву в результаті термічної обробки. 2.Швидкість дифузії неодиму в магнії порівняно з іншими вивченими рідкісноземельними металами виявляється найменшою - це спричиняє меншу швидкість розуміцнення сплаву при підвищеній температурі, а отже, вищу жароміцність. Добавка 5% неодиму до алюмінію підвищує твердість та межу міцності сплаву з 5 до 10 кг/мм2. Між цими елементами у розплаві відбувається хімічна взаємодія з утворенням інтерметалевих сполук неодиму NdAl2 та NdAl4. Добавка 1% неодиму до титану підвищує межу міцності до 48-50 кг/мм2 (у чистого титану він дорівнює 32 кг/мм2), тоді як така добавка церію - тільки до 38-40 кг/мм2. Неодим використовують також у лазерній техніці. Концентрація іонів Nd3+ у скла, призначених для цієї мети, досягає 6%. У стекол, що застосовуються як лазерні матеріали, є дві незаперечні переваги: висока концентрація активних частинок і можливість виготовлення активних елементів великих розмірів. Компоненти такого скла очищають особливо ретельно від домішок міді, заліза, нікелю, кобальту, а також рідкісноземельних металів - самарія, диспрозія та празеодима. Широко застосовуються як лазерні матеріали та алюмо-іттрієві гранати, активізовані неодимом. Лазери з неодимом використовуються в експериментах з керованого термоядерного синтезу. Потужні неодимові лазери перспективні як один з важливих елементів супутникового зв'язку. Висновок Останнім часом значно розширилися галузі практичного застосування лантаноїдів та неодиму у тому числі. Елемент з порядковим номером 60 має комплекс унікальних властивостей, тому знаходить широке застосування в техніці, металургії, скляній, керамічній та інших галузях промисловості. Але існують два фактори, які заважають розширенню діапазону застосування неодиму та інших рідкісноземельних елементів: дорожнеча їх чистих препаратів та недостатня вивченість індивідуальних властивостей, що гальмує їх застосування на практиці. Тому в даний час необхідно активно досліджувати властивості лантаноїдів і, можливо, в найближчі роки будуть виявлені нові несподівані шляхи їх застосування. Список літератури 1.Шалінець А. Б. Провісники атомного віку. Елементи ІІІ групи періодичної системи Д. І. Менделєєва. Допомога для учнів. - М., Просвітництво , 1975. – 192 с. .Популярна бібліотека хімічних елементів: У 2-х кн. / [Упоряд. В. В. Станцо, М. Б. Черненко]. - 3-тє вид., Випр. та дод. - М: Наука, 1983. .Кн. 2. Срібло – Нільсборій і далі. 1983. – 572 с. .Реакції неорганічних речовин: довідник/Р. А. Лідін, В. А. Молочко, Л. Л. Андрєєва; за ред. Р. А. Лідіна. - 2-ге вид., перероб. та дод. – М.: Дрофа, 2007. – 637 с. .Константи неорганічних речовин: довідник / Р. А. Лідін, В. А. Молочко, Л. Л. Андрєєва; за ред. Р. А. Лідіна. - 2-ге вид., перероб. та дод. – М.: Дрофа, 2006. – 685 с. .Трифонов Д. Н. Рідкоземельні елементи. – М., 1960. – 134 с. .Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. Навч. для вузів. - 4-те вид., Випр. - М: Вищ. шк., вид. центр Академія, 2001. – 743 с., іл.
1,14 (шкала Полінга)
Nd←Nd 3+ −2,32В
Nd←Nd 2+ −2,2В
(Перший електрон)
7,1 кДж/моль
289 кДж/моль
гексагональна
(300 K) (16,5) Вт/(м·К)
| 60 | |
| 4f 4 6s 2 | |
походження назви
Знаходження у природі
Місце народження
Ціни
Ціни на неодим чистотою 99-99,9 % у 2011 році становили близько 110 доларів США за 1 кілограм в залежності від застосовуваної технології виробництва та країни-виробника, а також від кінцевої форми готового продукту та галузі його застосування та використання.
2014 року ціна неодиму 99% чистоти становила приблизно 70 доларів США за 1 кг.
Застосування
Неодим - один з найбільш широко застосовуваних металів із групи лантаноїдів поряд із самарієм, церієм, лантаном та ін.
Дуже важливими областями застосування неодиму є:
- легування спеціальних конструкційних сплавів і сталей (модифікування високоякісних сталей), неодим у вигляді добавки 1,5% у півтора рази збільшує міцність чистого титану і тому служить для його легування.
- виробництво потужних постійних магнітів (неодим-іттрій-кобальт, неодим-залізо-бор),
Сполуки неодиму застосовується у сільському господарстві (обробка насіння з метою прискорення схожості, врожайності).
Легування неодимом значно підвищує міцність термоелектричних матеріалів на основі телуридів та селенідів вісмуту та сурми та підвищує термо-ЕРС цих матеріалів. Є вказівка на те, що легування неодимом термоелектричних сплавів системи вісмут-телур-цезій також збільшує їхню міцність, термо-ЕРС та тимчасову стабільність.
Напишіть відгук про статтю "Неодим"
Примітки
Посилання
| Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nd | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Uut | Uup | Uus | Напівметали | |||||||||||||||||||||||||||||
Уривок, що характеризує Неодим
Щойно скінчили співачі, як пішли нові й нові тости, при яких дедалі більше розчулювався граф Ілля Андрійович, і ще більше билося посуд, і ще більше кричало. Пили за здоров'я Беклешова, Наришкіна, Уварова, Долгорукова, Апраксина, Валуєва, за здоров'я старшин, за здоров'я розпорядника, за здоров'я всіх членів клубу, за здоров'я всіх гостей клубу та нарешті окремо за здоров'я засновника обіду графа Іллі Андреїча. При цьому тості граф вийняв хустку і, закривши ним обличчя, розплакався.П'єр сидів проти Долохова та Миколи Ростова. Він багато і жадібно їв і багато пив, як завжди. Але ті, які його знали коротко, бачили, що в ньому відбулася сьогодні якась велика зміна. Він мовчав весь час обіду і, жмурячись і морщачись, дивився навколо себе або зупинивши очі, з виглядом досконалої розсіяності, потирав пальцем перенісся. Обличчя його було похмуре і похмуре. Він, здавалося, не бачив і не чув нічого, що відбувається навколо нього, і думав про щось одне, тяжке і невирішене.
Цей невирішений, що мучив його питання, були натяки княжни в Москві на близькість Долохова до його дружини і цього ранку отриманий ним анонімний лист, в якому було сказано з тією підлою жартівливістю, яка властива всім анонімним листам, що він погано бачить крізь свої окуляри, і що зв'язок його дружини з Долоховим є таємницею лише для нього. П'єр рішуче не повірив ні натякам княжни, ні письму, але йому страшно було тепер дивитися на Долохова, що сидів перед ним. Щоразу, як ненароком погляд його зустрічався з прекрасними, зухвалими очима Долохова, П'єр відчував, як щось страшне, потворне підіймалося в його душі, і він швидше відвертався. Мимоволі згадуючи все минуле своєї дружини та її стосунки з Долоховим, П'єр бачив ясно, що те, що сказано в листі, могло бути правда, могло принаймні здаватися правдою, якби це стосувалося не його дружини. П'єр мимоволі згадував, як Долохов, якому було повернуто все після кампанії, повернувся до Петербурга і приїхав до нього. Користуючись своїми ганьбовими відносинами дружби з П'єром, Долохов прямо приїхав до нього в будинок, і П'єр помістив його і позичив йому гроші. П'єр згадував, як Елен усміхаючись висловлювала своє невдоволення через те, що Долохов живе у їхньому домі, і як Долохов цинічно хвалив йому красу його дружини, і як він з того часу до приїзду до Москви ні на хвилину не розлучався з ними.
«Так, він дуже гарний, думав П'єр, я його знаю. Для нього була б особлива краса в тому, щоб осоромити моє ім'я і посміятися з мене, саме тому, що я клопотав за нього і побачив його, допоміг йому. Я знаю, я розумію, яку сіль це в його очах мало б надавати його обману, якби це була правда. Так, якби це була правда; але я не вірю, не маю права і не можу вірити». Він згадував той вираз, який приймало обличчя Долохова, коли на нього знаходили хвилини жорстокості, як ті, в які він пов'язував квартального з ведмедем і пускав його на воду, або коли він викликав без жодної причини на дуель людини, або вбивав з пістолета кінь ямщика . Цей вираз часто був на обличчі Долохова, коли він дивився на нього. «Так, він бретер, думав П'єр, йому нічого не означає вбити людину, йому має здаватися, що всі бояться його, йому має бути це приємно. Він повинен думати, що і я його боюся. І справді я боюся його», думав П'єр, і знову при цих думках він відчував, як щось страшне і потворне підіймалося в його душі. Долохов, Денисов і Ростов сиділи тепер проти П'єра і здавалися дуже веселими. Ростов весело перемовлявся зі своїми двома приятелями, з яких один був лихий гусар, другий відомий бретер і гульвіса, і зрідка глузливо поглядав на П'єра, який на цьому обіді вражав своєю зосередженою, розсіяною, масивною фігурою. Ростов недоброзичливо дивився на П'єра, по-перше, тому, що П'єр у його гусарських очах був цивільний багатій, чоловік красуні, взагалі баба; по-друге, тому, що П'єр у зосередженості та розсіяності свого настрою не впізнав Ростова і не відповів на його уклін. Коли стали пити здоров'я государя, П'єр, задумавшись, не встав і не взяв келиха.
– Що ж ви? - Закричав йому Ростов, захоплено озлобленими очима дивлячись на нього. - Хіба ви не чуєте; здоров'я государя імператора! - П'єр, зітхнувши, покірно підвівся, випив келих і, дочекавшись, коли всі сіли, зі своєю доброю усмішкою звернувся до Ростова.
– А я вас і не впізнав, – сказав він. - Але Ростову було не до цього, він кричав ура!
– Що ж ти не відновиш знайомство, – сказав Долохов Ростову.
– Бог із ним, дурню, – сказав Ростов.
- Треба плекати чоловіків гарненьких жінок, - сказав Денисов. П'єр не чув, що вони говорили, але знав, що говорять про нього. Він почервонів і відвернувся.
— Ну, тепер за здоров'я гарних жінок, — сказав Долохов, і з серйозним виразом, але з ротом усміхненим у кутках, з келихом звернувся до П'єра.
– За здоров'я гарних жінок, Петруша, та їхніх коханців, – сказав він.
П'єр, опустивши очі, пив зі свого келиха, не дивлячись на Долохова і відповідаючи йому. Лакей, який роздавав кантату Кутузова, поклав листок П'єру, як почесному гостю. Він хотів узяти його, але Долохов перехилився, вихопив аркуш із його руки і почав читати. П'єр глянув на Долохова, зіниці його опустилися: щось страшне й потворне, що мутило його під час обіду, підвелося й опанувало його. Він нахилився всім огрядним тілом через стіл: - Не смійте брати! – крикнув він.
Почувши цей крик і побачивши, до кого він ставився, Несвицький і сусід з правого боку перелякано й поспішно звернулися до Безухова.
- Повно, повно, що ви? – шепотіли перелякані голоси. Долохов глянув на П'єра світлими, веселими, жорстокими очима, з тією ж усмішкою, наче він казав: «А це я люблю». – Не дам, – промовив він чітко.
Блідий, з тремтячою губою, П'єр рвонув лист. – Ви… ви… негідник!.. я вас викликаю, – промовив він, і рушивши стілець, підвівся з-за столу. Тієї ж миті, як П'єр зробив це і сказав ці слова, він відчув, що питання про винність його дружини, що мучило його цю останню добу, було остаточно і безсумнівно вирішено ствердно. Він ненавидів її і назавжди був розірваний із нею. Незважаючи на прохання Денисова, щоб Ростов не втручався в цю справу, Ростов погодився бути секундантом Долохова, і після столу переговорив із Несвицьким, секундантом Безухова про умови дуелі. П'єр поїхав додому, а Ростов із Долоховим та Денисовим до пізнього вечора просиділи у клубі, слухаючи циган та піснярів.
- Так до завтра, в Сокільниках, - сказав Долохов, прощаючись із Ростовим на ганку клубу.
– І ти спокійний? - Запитав Ростов ...
Долохов зупинився. - Ось бачиш, я тобі в двох словах відкрию всю таємницю дуелі. Якщо ти йдеш на дуель і пишеш заповіти та ніжні листи батькам, якщо ти думаєш про те, що тебе можуть вбити, ти - дурень і напевно зник; а ти йди з твердим наміром його вбити, якнайшвидше і вірніше, тоді все справно. Як мені казав наш костромський ведмежатник: ведмедя те, каже, як не боятися? та як побачиш його, і страх пройшов, як би тільки не пішов! Ну то й я. A demain, mon cher! [До завтра, мій любий!]
На другий день, о 8 годині ранку, П'єр з Несвицьким приїхали до Сокільницького лісу і знайшли там уже Долохова, Денисова та Ростова. П'єр мав вигляд людини, зайнятого якимись міркуваннями, які зовсім не стосуються майбутньої справи. Обличчя його було жовте. Він, мабуть, не спав тієї ночі. Він розсіяно озирнувся довкола себе і морщився, наче від яскравого сонця. Два міркування виключно займали його: винність його дружини, в якій після безсонної ночі вже не залишалося жодного сумніву, і невинність Долохова, який не мав жодної причини берегти честь чужої йому людини. «Можливо, я б те саме зробив би на його місці, думав П'єр. Навіть напевно я зробив би те саме; Навіщо ж ця дуель, це вбивство? Або я вб'ю його, або він потрапить мені в голову, в лікоть, у коліно. Піти звідси, бігти, закопатися кудись», спадало йому на думку. Але саме тоді, коли йому приходили такі думки. він з особливо спокійним і розсіяним виглядом, що вселяв повагу дивився на нього, питав: «Чи скоро, і чи готове?»
