Неодим

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
60 ПразеодимНеодимПрометий
Nd

U
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
60Nd
Hexagonal.svg
Electron shell 060 Neodymium.svg
Внешний вид простого вещества
Неодим
Серебристо-белый металл с золотистым оттенком
Свойства атома
Имя, символ, номер

Неоди́м/Neodymium (Nd), 60

Атомная масса
(молярная масса)

144,242(3)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f4 6s2

Радиус атома

182 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

184 пм

Радиус иона

99,(+3e) 5 пм

Электроотрицательность

1,14 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Nd←Nd3+ −2,32В
Nd←Nd2+ −2,2В

Степени окисления

3

Энергия ионизации
(первый электрон)

531,5(5,51) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

7,007 г/см³

Температура плавления

1294 K

Температура кипения

3341 K

Теплота плавления

7,1 кДж/моль

Теплота испарения

289 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,42[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

20,6 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=3,658 c=11,80 Å

Отношение c/a

3,23

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (16,5) Вт/(м·К)

60
Неодим
Nd
144,24
4f46s2

Неоди́м — химический элемент, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Легко окисляется на воздухе.

История[править | править исходный текст]

Неодим был открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Он разделил редкоземельный металл, ранее известный как дидим и считавшийся одним элементом, на неодим и празеодим. Но извлечение неодима в чистом виде произошло лишь в 1925 году.

Происхождение названия[править | править исходный текст]

Название «неодим» представляет собой слияние двух греческих слов νέος «новый» и δίδυμος «близнец».

Нахождение в природе[править | править исходный текст]

Содержание неодима в земной коре (по разным данным) 25—37 г/т, в воде океанов 9,2·10−6 мг/л[3].

Месторождения[править | править исходный текст]

Неодим входит в состав лантаноидов, месторождения которых находятся в России, США, Казахстане, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии. Но основным производителем, а также экспортёром неодима является Китай. Если общая сырьевая база редкоземельных элементов в мире составляет примерно 100 млн т, то на долю КНР приходится до 52 млн тонн. Китай поставляет 92—94 % мировых объёмов редкоземельных элементов.

Получение[править | править исходный текст]

Неодим при разделении редкоземельных элементов концентрируется вместе с легкими лантаноидами и выделяется вместе с празеодимом; смесь соединений Pr(III) и Nd(III) называют дидимом. Металлический неодим получают из безводных галогенидов электролизом их расплава или кальциетермическим восстановлением. Электролиз расплава NdF3 или NdCl3 (с добавками галогенидов Li, К, Са, Ва) ведут при 1000 °C и катодной плотности тока 4,7 А/см²; материал анода и катода — графит.

Цены[править | править исходный текст]

Цены на неодим чистотой 99—99,9 % составляют около 110 долларов США[4] за 1 килограмм в зависимости от применяемой технологии производства и страны производителя, а также от конечной формы готового продукта и области его применения и использования. В настоящее время наблюдается снижение цен на неодим и диспрозий.

Применение[править | править исходный текст]

Александритовый эффект неодимового стекла на примере одинаковых лазерных стержней
Поглощение жёлтого света неодимовыми очками
На люстре справа одна лампа накаливания, остальные — люминесцентные
Та же люстра через очки с неодимовыми линзами
Стержни из неодимового стекла для получения инфракрасного лазера

Неодим — один из наиболее широко применяемых материалов из лантаноидов наряду с самарием, церием, лантаном и др. Очень важными областями применения неодима являются:

Применяется материал и в сельском хозяйстве (обработка семян с целью ускорения всхожести, урожайности).

Неодим способен резко повышать прочность термоэлектрических материалов на основе теллуридов и селенидов висмута и сурьмы и повышать термо-ЭДС этих материалов. Имеется указание на то, что легирование неодимом термоэлектрических сплавов системы висмут-теллур-цезий также увеличивает их прочность, термо-ЭДС и временну́ю стабильность.

Оксид неодима применяется в качестве диэлектрика со сверхмалым коэффициентом расширения и для производства неодимового стекла (см. ниже).

Фторид неодима применяется для получения высококачественного стекловолокна для волоконной оптики.

Теллурид неодима — очень хороший термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов, которым придает повышенную прочность и улучшает электрофизические характеристики (термо-э.д.с. 170 мкВ/К).

Неодимовое стекло[править | править исходный текст]

Стекло с добавлением оксида неодима обладает интересными свойствами:

  • александритовый эффект или двухцветность — способность изменять цвет в зависимости от типа освещения: от фиолетового, розового и даже рубиново-красного при свете ламп накаливания и солнечном свете до голубого или зелёного при люминесцентных лампах;
  • способность избирательно поглощать видимые лучи: такое стекло резко поглощает жёлтую часть спектра (так называемое натриевое свечение 580—570 нм), частично выхватывает кусочки от других частей спектра (430, 480, 520, 730 нм и др.), но в целом почти полностью пропускает наиболее хорошо видимые человеческим глазом части красных, зелёных и оранжевых лучей;
  • хорошее поглощение ультрафиолетового излучения.

Исходя из этих свойств неодимовое стекло имеет достаточно широкое применение:

  • оно используется для изготовления посуды и люстр, изменяющих цвет под действием разного освещения;
  • фиолетовое, серое и коричневое неодимовое стекло с дополнительными цветовыми добавками применяется в линзах солнцезащитных очков и очков для водителей, так как они позволяют лучше видеть сигнальные огни и запрещающие дорожные знаки;
  • фиолетовое и серое неодимовое и дидимовое стекло применяется в линзах защитных очков для стеклодувов и сварщиков (поглощает жёлтое натриевое свечение при огневом нагреве стекла);
  • свинцовое неодимовое стекло применяется в рентгеновских аппаратах для наблюдения за процессами[5];
  • прозрачное фиолетовое стекло применяется в светофильтрах к телескопам для снижения свечения ночного неба в городских условиях, а также для изменения цвета астрономических объектов с целью улучшения видимости;
  • иногда применяется для автомобильных зеркал заднего обзора, так как оно поглощает отражённый ослепляющий свет фар;
  • из этого стекла изготавливаются колбы некоторых видов ламп накаливания для отфильтровывания жёлтого света от спектра их свечения с целью создания ровного белого дневного света;
  • стекло с рубиновым оттенком применяется в виде стержней для лазерных установок (длина волны 1063 нм — инфракрасное излучение).

Биологическая роль[править | править исходный текст]

Изотопы[править | править исходный текст]

Природный неодим состоит из семи изотопов: 142Nd (27,2 %), 143Nd (12,2 %), 144Nd (23,8 %), 145Nd (8,3 %), 146Nd (17,2 %), 148Nd (5,7 %), 150Nd (5,6 %) — в скобках дано их содержание в природной смеси. Из них пять стабильны, а два слаборадиоактивны: 144Nd испытывает альфа-распад с периодом полураспада 2,38·1015 лет, а 150Nd — двойной бета-распад с периодом полураспада 7·1018 лет. На 2003 год известны 29 искусственных радиоизотопов неодима с массовым числом в диапазоне от 124 до 161, которые также имеют 13 метастабильных состояний[6].

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 209. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  4. Neodymium Prices (англ.). Проверено 2 августа 2011. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  5. Савицкий Ε. М., Терехова В. Ф., Буров И. В., Маркова И. А., Наумкин О. П. Сплавы редкоземельных металлов / Под ред. проф. доктора хим. наук Е. М. Савицкого. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — С. 214. — 269 с.
  6. Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).

Ссылки[править | править исходный текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «неодим»