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
Название, 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

Уд. теплота плавления

7,1 кДж/моль

Уд. 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 вики-текст]

Неодим был открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Он разделил дидим — смесь двух редкоземельных металлов, трудно разделяемую из-за чрезвычайной близости их химических свойств и ранее считавшуюся индивидуальным химическим элементом, — на неодим и празеодим. Получить неодим в чистом виде, практически свободном от примесей празеодима, удалось лишь в 1925 году.

Происхождение названия[править | править вики-текст]

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

Нахождение в природе[править | править вики-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 вики-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 вики-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 вики-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 вики-текст]

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 вики-текст]

График светопропускания фиолетового неодимового стекла без дополнительных красителей, применяющегося в светофильтрах к телескопам.
Стержни из неодимового стекла - активные элементы инфракрасных лазеров.
Поглощение света дублетной D-линии натрия с длинами волны около 589 нм (жёлтого света) очками с неодимовоми стёклами.

Стекло с добавлением оксида неодима имеет несколько названий: неодимовое стекло, неофановое стекло (нем. neophan), стекло Мозера, александритовое стекло[5], а также дидимовое стекло. Оно 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, в зависимоси от длины волны, поглощать видимый свет: такое стекло существенно поглощает жёлтую часть спектра (например, дублетная спектральная линия излучения натрия с длиной волн 589 и 589,6 нм, излучение с длинами волн 580—590 нм поглощает почти полностью), имеет полосы поглощения в других частях оптического излучения (430, 480, 520, 730 нм и др.), но, почти полностью пропускает красный участок спектра. С разной степенью поглощаются зелёный, оранжевый и синий участки спектра (см. график);
  • способность к лазерной накачке;
  • хорошее поглощение ультрафиолетового излучения.

Благодаря оптическим свойствам неодимовое стекло имеет различное применение:

  • используется для изготовления столовой декоративной посуды, люстр и художественных изделий, изменяющих цвет под действием разного освещения;
  • фиолетовое, серое и коричневое неодимовое стекло с дополнительными пигментами до 2000-х годов применялось в линзах спортивных и водительских солнцезащитных очков, так как улучшает цветовую контрастность и позволяет лучше видеть автодорожные сигнальные огни и дорожные знаки; сегодня для этих целей не применяется, поскольку по действующим нормам безопасности такие очки должны выпускаться только с ударопрочными пластиковыми стёклами;
  • применяется для изготовления аксессуарных солнцезащитных очков, поскольку обеспечивает необычные световые эффекты и меняет цвет в зависимости от условий освещения;
  • фиолетовое и коричневое стекло применялось в очках Auer Neophan для немецких лётчиков Люфтваффе во время Второй мировой войны: они позволяли лучше видеть самолёты на фоне неба, увеличивали контрастность поверхности земли и вообще улучшали видимость за счёт уменьшения жёлтого свечения пыли в приземном воздухе;
  • 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 при ярком свете натриевых ламп[6];
  • прозрачное фиолетовое стекло применяется в светофильтрах к телескопам для снижения засветки 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 частично поглощает отражённый ослепляющий свет фар;
  • из этого стекла изготавливаются колбы некоторых видов ламп накаливания для отфильтровывания значительной части жёлтых лучей от спектра их свечения с целью создания ровного белого дневного света, например, для более красивого освещения и одновременно обогрева аквариумов;
  • стекло с розовым оттенком применяется в виде стержней для лазерных установок (длина волны 1063 нм — инфракрасное излучение).

Визуальные эффекты неодимового стекла[править | править вики-текст]

Александритовый эффект

Вид на объекты без неодимовых очков

Те же объекты через неодимовые очки без поляризации

Источники света без неодимовых очков

Источники света через неодимовые очки

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Изотопы[править | править вики-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[7].

Примечания[править | править вики-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. Charles Bray Dictionary of glass: materials and techniques. — University of Pennsylvania Press, 2001. — P. 102. — ISBN 0-8122-3619-X
  6. 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.
  7. Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).

Ссылки[править | править вики-текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «неодим»