Войти
Неодим является химическим элементом с символом Ndи атомным номером 60. Неодим принадлежит к серии лантаноидов и является редкоземельным элементом. Это твердый, слегка ковкий серебристый металл, который быстро тускнеет на воздухе и во влаге. При окислении неодим быстро реагирует с образованием соединений розового, пурпурного / синего и желтого цветов в степенях окисления +2, +3 и +4. Неодим был открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. В значительных количествах он присутствует в рудных минералах монацит и бастнезит. Неодим в природе не встречается в металлической форме или в смеси с другими лантаноидами, и его обычно очищают для общего использования. Хотя неодим классифицируется как редкоземельный элемент, он довольно распространен, не реже, чем кобальт, никель или медь, и широко распространен в коре Земли. Большая часть мирового товарного неодима добывается в Китае.
Соединения неодима впервые были коммерчески использованы в качестве красителей для стекла в 1927 году, и они остаются популярной добавкой в стекло. Цвет соединений неодима обусловлен ионом неодима и часто бывает красновато-пурпурным, но он меняется в зависимости от типа освещения из-за взаимодействия резких полос поглощения света неодима с окружающим светом, обогащенным резкими полосами видимого излучения. из ртути, трехвалентного европия или тербия. Некоторые стекла с примесью неодима используются в лазерах, излучающих инфракрасное излучение с длинами волн от 1047 до 1062 нанометров. Они использовались в приложениях с очень большой мощностью, таких как эксперименты термоядерного синтеза с инерционным удержанием. Неодим также используется с различными другими кристаллами подложки, такими как иттрий-алюминиевый гранат в Nd: YAG-лазере.
Еще одно важное применение неодима - это компонент в сплавы, используемые для изготовления высокопрочных неодимовых магнитов - мощных постоянных магнитов. Эти магниты широко используются в таких продуктах, как микрофоны, профессиональные громкоговорители, наушники-вкладыши, высокоэффективные электродвигатели постоянного тока для хобби и компьютерные жесткие диски, где требуется малая масса (или объем) магнита или сильные магнитные поля. Более крупные неодимовые магниты используются в мощных электродвигателях (например, в гибридных автомобилях ) и генераторах (например, самолет и ветряная турбина электрогенераторы ).
Неодим, редкоземельный металл, присутствовал в классическом мишметалле в концентрации около 18%. Металлический неодим имеет яркий серебристый металлический блеск..Неодим обычно существует в двух аллотропных формах, с преобразованием из двойной гексагональной в объемно-центрированной кубической структуры, происходящей примерно при 863 ° C.Неодим парамагнитен при комнатной температуре и становится антифризом. электромагнит при охлаждении до 20 К (-253,2 ° С). Для изготовления неодимовых магнитов его легируют железом, которое является ферромагнетиком.
Металлический неодим быстро окисляется в условиях окружающей среды. и легко горит при температуре около 150 ° C с образованием оксида неодима (III) ; оксид отслаивается, подвергая массивный металл дальнейшему окислению:
Неодим является достаточно электроположительным элементом, и он медленно реагирует с холодной водой, но довольно быстро с горячей водой с образованием гидроксида неодима (III):
Металлический неодим активно реагирует со всеми галогенами :
Неодим легко растворяется в разбавить серной кислотой для образования растворов, содержащих лиловый ион Nd (III) . Они существуют в виде комплексов [Nd (OH 2)9]:
Соединения неодима включают
Сульфат неодима (III)) Некоторые соединения неодима имеют цвета которые различаются в зависимости от типа освещения.
Соединения неодима в люминесцентной лампе свет - слева направо, сульфат, нитрат и хлорид
Неодим c соединения в компактной люминесцентной лампе свет
Соединения неодима при нормальном дневном свете
Неодим природного происхождения представляет собой смесь пяти стабильных изотопов, Nd, Nd, Nd, Nd и Nd, причем Nd является наиболее распространенным (27,2% от естественного содержания ), и два радиоизотопа, Nd и Nd. Всего по состоянию на 2010 г. был обнаружен 31 радиоизотоп неодима, причем наиболее стабильными радиоизотопами являются радиоизотопы природного происхождения: Nd (альфа-распад с периодом полураспада (t 1/2) 2,29 × 10 лет) и Nd (двойной бета-распад, t 1/2 = 7 × 10 лет, приблизительно). Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее одиннадцати дней, а у большинства из них период полураспада менее 70 секунд. Неодим также имеет 13 известных метасостояний, наиболее стабильным из которых является Nd (t 1/2 = 5,5 часов), Nd (t 1/2 = 5,5 минут) и Nd (t 1/2 ~ 70 секунд).
Основными режимами распада перед наиболее распространенным стабильным изотопом, Nd, являются захват электронов и распад позитронов, а первичной модой после него является бета минус распад. Первичные продукты распада перед Nd представляют собой изотопы элемента Pr (празеодим ), а первичные продукты после этого - изотопы элемента Pm (прометий ).
Карл Ауэр фон Вельсбах (1858–1929), первооткрыватель неодима Неодим был открыт австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом в Вена в 1885 году. Он выделил неодим, а также элемент празеодим из их смеси, называемой дидимом, путем фракционной кристаллизации тетрагидратов двойного нитрата аммония из азотная кислота. Фон Вельсбах подтвердил разделение с помощью спектроскопического анализа, но продукты имели относительно низкую чистоту. Дидим был открыт Карлом Густавом Мосандером в 1841 году, а чистый неодим был выделен из него в 1925 году. Название неодим происходит от греческих слов neos (νέος), новый, и Didymos (διδύμος), близнец.
Двойная кристаллизация нитрата была средством коммерческой очистки неодима до 1950-х годов. Подразделение Lindsay Chemical было первым, кто ввел в производство крупномасштабную ионообменную очистку неодима. Начиная с 1950-х годов, неодим высокой чистоты (выше 99%) в основном получали с помощью процесса ионного обмена из монацита, минерала, богатого редкоземельными элементами. Металл получают посредством электролиза его галогенидных солей. В настоящее время большая часть неодима извлекается из бастнезита (Ce, La, Nd, Pr) CO 3 F и очищается экстракцией растворителем. Ионообменная очистка предназначена для получения наивысшей чистоты (обычно>99,99%). Развивающаяся технология и улучшенная чистота коммерчески доступного оксида неодима отразились на внешнем виде неодимового стекла, которое сегодня находится в коллекциях. Ранние неодимовые стекла, изготовленные в 1930-х годах, имеют более красноватый или оранжевый оттенок, чем современные версии, которые имеют более чисто фиолетовый цвет, из-за трудностей с удалением последних следов празеодима в эпоху, когда производство основывалось на технологии фракционной кристаллизации.
Из-за своей роли в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин с прямым приводом, было высказано мнение, что неодим будет одним из основных объектов геополитической конкуренции в мире, работающем на возобновляемых источниках энергии. Эта точка зрения подвергалась критике за непонимание того, что в большинстве ветряных турбин не используются постоянные магниты, и за недооценку силы экономических стимулов для расширения производства.
Бастнезит Неодим редко встречается встречается в природе как свободный элемент, но скорее встречается в таких рудах, как монацит и бастнезит (это названия групп минералов, а не отдельные названия минералов), которые содержат небольшие количества всех редких -земельные металлы. В этих минералах неодим редко является доминирующим (как в случае лантана), причем церий является наиболее распространенным лантанидом; некоторые исключения включают монацит- (Nd) и козоит- (Nd). Основные районы добычи находятся в Китае, США, Бразилии, Индии, Шри-Ланке и Австралии. Запасы неодима оцениваются примерно в восемь миллионов тонн. Хотя неодим относится к редкоземельным металлам, он вовсе не редкость. Его содержание в земной коре составляет около 38 мг / кг, что является вторым по величине среди редкоземельных элементов после церия. В 2004 году мировое производство неодима составляло около 7000 тонн. Большая часть текущего производства приходится на Китай. Исторически сложилось так, что китайское правительство ввело в действие стратегический материальный контроль над элементом, что вызвало большие колебания цен. Неопределенность цен и доступности заставила компании (особенно японские) создавать постоянные магниты и соответствующие электродвигатели с меньшим количеством редкоземельных металлов; однако до сих пор они не смогли устранить потребность в неодиме.
Неодим обычно составляет 10–18% от содержания редкоземельных элементов в промышленных месторождениях легких минералов, содержащих редкоземельные элементы, бастнезита и монацита. Поскольку соединения неодима являются наиболее сильно окрашенными для трехвалентных лантаноидов, он может иногда доминировать в окраске редкоземельных минералов, когда конкурирующие хромофоры отсутствуют. Обычно придает розовую окраску. Яркие примеры этого включают кристаллы монацита из месторождений олова в Ллаллагуа, Боливия ; анцилит из Мон-Сен-Илер, Квебек, Канада ; или лантанит из Saucon Valley, Пенсильвания, США. Как и в случае с неодимовыми стеклами, такие минералы меняют свой цвет в зависимости от условий освещения. Полосы поглощения неодима взаимодействуют с видимым спектром излучения пара ртути, причем нефильтрованный коротковолновый УФ-свет заставляет неодимсодержащие минералы отражать характерный зеленый цвет. Это можно наблюдать в случае песков, содержащих монацит, или руды, содержащей бастнезит.
Неодимовый магнит на мю-металлическом кронштейне от жесткого диска Неодимовые магниты (на самом деле сплав, Nd 2Fe14B) - самые сильные известные постоянные магниты . Неодимовый магнит в несколько граммов может поднять в тысячу раз больше собственного веса. Эти магниты дешевле, легче и прочнее самариево-кобальтовых магнитов. Однако они не превосходят во всех аспектах, поскольку магниты на основе неодима теряют свой магнетизм при более низких температурах и имеют тенденцию к коррозии, в то время как магниты из самария-кобальта - нет.
Неодимовые магниты используются в таких продуктах, как микрофоны, профессиональные громкоговорители, внутриканальные наушники, гитара и бас-гитара звукосниматели и компьютерные жесткие диски, где требуется малая масса, небольшой объем или сильные магнитные поля. Неодим используется в электродвигателях гибридных и электрических автомобилей, а также в генераторах электроэнергии некоторых конструкций промышленных ветряных турбин (неодим используется только в ветряных турбинах с генераторами на «постоянных магнитах»). Например, для приводных электродвигателей каждой Toyota Prius требуется один килограмм (2,2 фунта) неодима на автомобиль.
В 2020 году исследователи-физики из Университета Радбауд и Уппсальский университет объявил, что они наблюдали поведение, известное как «самоиндуцированное спиновое стекло » в атомной структуре неодима. Один из исследователей объяснил: «… мы специалисты в сканирующей туннельной микроскопии. Она позволяет нам видеть структуру отдельных атомов, и мы можем различать северный и южный полюса атомов. Благодаря этому прогрессу в с помощью высокоточной визуализации мы смогли обнаружить поведение неодима, потому что смогли выявить невероятно небольшие изменения в магнитной структуре ». Неодим ведет себя сложным магнитным образом, который ранее не наблюдался в элементах периодической таблицы.
Ионы неодима в различных типах ионных кристаллов, а также в стеклах действуют как усиливающая среда для лазера, обычно излучает свет с длиной волны 1064 нм от конкретного атомного перехода в ионе неодима после "накачки" возбуждения от внешнего источника 
легированные неодимом стеклянные пластины, используемые в чрезвычайно мощных лазерах для термоядерного синтеза с инерционным удержанием.
Nd: Стержень лазера YAG Некоторые прозрачные материалы с небольшой концентрацией ионов неодима могут использоваться в лазерах в качестве усиливающей среды для инфракрасных длин волн (1054–1064 нм), например Nd: YAG (иттрий-алюминиевый гранат), Nd: YLF (фторид иттрия-лития), Nd: YVO 4 (ортованадат иттрия) и Nd: стекло. Кристаллы с примесью неодима (обычно Nd: YVO 4) генерируют мощные инфракрасные лазерные лучи, которые преобразуются в зеленый лазерный свет в коммерческих ручных лазерах DPSS и лазерных указках.
Нынешний лазер в UK Atomic Weapons Establishment (AWE), HELEN (высокоэнергетический лазер, воплощающий неодим) 1- тераватт лазер на неодимовом стекле, может получить доступ к средним точкам области давления и температуры и используется для сбора данных для моделирования того, как плотность, температура и давление взаимодействуют внутри боеголовок. HELEN может создавать плазму с температурой около 10 K, по которой измеряются непрозрачность и пропускание излучения.
Неодимовое стекло твердотельные лазеры используются с очень высокой мощностью ( тераватт шкала), высокоэнергетические (мегаджоули ) многолучевые системы для термоядерного синтеза с инерционным удержанием. В лазерных термоядерных лазерах частота лазеров на неодимовом стекле обычно утроена до третьей гармоники на длине волны 351 нм.
Лампа из неодимового стекла электрическая лампочка без основания и внутреннего покрытия при двух разных типах света: флуоресцентный слева и лампа накаливания справа. 
Дидимиевые стекла Неодимовое стекло (Nd: стекло) получают путем включения оксида неодима (Nd 2O3) в расплав стекла. Обычно при дневном свете или свете лампы накаливания неодимовое стекло выглядит бледно-лиловым, но при флуоресцентном освещении оно кажется бледно-голубым. Неодим можно использовать для окрашивания стекла в нежные оттенки от чистого фиолетового до винно-красного и теплого серого.
Первое коммерческое использование очищенного неодима было связано с окрашиванием стекла, начиная с экспериментов Лео Мозера в ноябре 1927 года. Полученное "александритовое" стекло до сих пор остается фирменным цветом стекольного завода Moser. Неодимовое стекло широко использовалось в начале 1930-х годов в американских теплицах, в первую очередь в Heisey, Fostoria («глициния»), Cambridge («цветение вереска») и Steuben («глициния») и в других местах (например, Lalique во Франции или Мурано).). «Сумерки» Tiffin производились примерно с 1950 по 1980 годы. В настоящее время источники включают производителей стекла в Чешской Республике, США и Китае.
Острые полосы поглощения неодима вызывают изменение цвета стекла при различных условиях освещения: оно становится красновато-фиолетовым при дневном свете или желтым лампами накаливания, но синим при белом флуоресцентное освещение или зеленоватое при трехцветном освещении. Это явление изменения цвета высоко ценится коллекционерами. В сочетании с золотом или селеном производятся красные цвета. Поскольку окраска неодима зависит от «запрещенных » переходов f-f в глубине атома, химическая среда оказывает относительно небольшое влияние на цвет, поэтому цвет невосприимчив к термической истории стекла. Однако для получения наилучшего цвета необходимо минимизировать количество железосодержащих примесей в диоксиде кремния, используемом для изготовления стекла. Та же запретная природа f-f-переходов делает редкоземельные красители менее интенсивными, чем те, которые обеспечивают большинство d-переходных элементов, поэтому для достижения желаемой интенсивности цвета в стекле нужно использовать больше. В первоначальном рецепте Мозера в расплаве стекла использовалось около 5% оксида неодима, достаточное количество, чтобы Мозер называл их стеклами, легированными редкоземельными элементами. Поскольку это сильное основание, этот уровень неодима повлиял бы на свойства плавления стекла, и содержание извести в стекле, возможно, пришлось бы соответствующим образом скорректировать.
Свет, проходящий через неодим. в очках видны необычно резкие полосы поглощения ; стекло используется в астрономических работах для получения резких полос, по которым спектральные линии могут быть откалиброваны. Другое применение - создание селективных астрономических фильтров для уменьшения эффекта светового загрязнения от натриевого и флуоресцентного освещения при пропускании других цветов, особенно темно-красного водородно-альфа-излучения туманностей. Неодим также используется для удаления зеленого цвета со стекла, вызванного загрязнением железа.
Неодим является компонентом «дидима » (относится к смеси солей неодима и празеодима ), используемого для окрашивания стекла для изготовления защитных очков сварщиков и стеклодувов; резкие полосы поглощения затмевают сильную эмиссию натрия на 589 нм. Подобное поглощение желтой эмиссионной линии ртути при 578 нм является основной причиной синего цвета, наблюдаемого для неодимового стекла при традиционном белом флуоресцентном освещении. Неодимовое и дидимиевое стекло используются в усиливающих цвет светофильтрах при внутренней фотографии, особенно при отфильтровывании желтых оттенков от освещения лампами накаливания. Точно так же неодимовое стекло все больше используется непосредственно в лампах накаливания. Эти лампы содержат неодим в стекле, чтобы отфильтровать желтый свет, что приводит к более белому свету, который больше похож на солнечный свет. Так же, как и в очках, соли неодима используются в качестве красителя для эмалей.
| Опасности | |
|---|---|
| пиктограммы GHS |  |
| Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
| GHS характеристики опасности | H315, H319, H335 |
| Меры предосторожности GHS | P261, P305 + 351 + 338 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  0 2 0 |
Металлическая пыль неодима горючая и, следовательно, взрывоопасная. Соединения неодима, как и все редкоземельные металлы, обладают токсичностью от низкой до умеренной; однако его токсичность до конца не изучена. Пыль и соли неодима очень раздражают глаза и слизистые оболочки и умеренно раздражают кожу. Вдыхание пыли может вызвать эмболию легких , а накопленное воздействие повреждает печень. Неодим также действует как антикоагулянт, особенно при внутривенном введении.
Неодимовые магниты были протестированы для использования в медицинских целях, таких как магнитные скобки и восстановление костей, но проблемы биосовместимости имеют предотвратил широкое применение. Имеющиеся в продаже магниты из неодима исключительно сильны и могут притягиваться друг к другу на больших расстояниях. Если с ними не обращаться осторожно, они соединяются очень быстро и сильно, вызывая травмы. Например, есть по крайней мере один задокументированный случай, когда человек потерял кончик пальца, когда два магнита, которыми он пользовался, защелкнулись на расстоянии 50 см.
Еще один риск, связанный с этими мощными магнитами, заключается в том, что при проглатывании более одного магнита, они могут защемить мягкие ткани желудочно-кишечного тракта. Это привело как минимум к 1700 обращениям в отделения неотложной помощи и потребовало отзыва линейки игрушек Buckyballs, которые представляли собой конструкторы из небольших неодимовых магнитов.
 | Викискладе есть материалы, связанные с неодимом. |
 | Найдите неодим в Викисловаре, бесплатном словаре. |
Категория: неодим.