Неодим металл или нет

Неодим

Неодим
Серебристо-белый металл с золотистым оттенком
Название, символ, номер	Неодим/Neodymium (Nd), 60
Атомная масса (молярная масса)	144,242(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f 4 6s 2
Радиус атома	182 пм
Ковалентный радиус	184 пм
Радиус иона	99,(+3e) 5 пм
Электроотрицательность	1,14 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Nd←Nd 3+ −2,32В Nd←Nd 2+ −2,2В
Степени окисления	3
Энергия ионизации (первый электрон)	531,5(5,51) кДж/моль (эВ)
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 Дж/(K·моль)
Молярный объём	20,6 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,658 c=11,80 Å
Отношение c/a	3,23
Теплопроводность	(300 K) (16,5) Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-00-8

Неодим — химический элемент, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Легко окисляется на воздухе. Открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Используется как компонент сплавов с алюминием и магнием для самолёто- и ракетостроения.

Содержание

• 1 История
• 2 Происхождение названия
• 3 Нахождение в природе
  • 3.1 Месторождения
• 4 Получение
• 5 Цены
• 6 Применение
  • 6.1 Неодимовое стекло
• 7 Изотопы
• 8 Биологическая роль

История

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

Название «неодим» (лат. Neodymium ) представляет собой слияние двух греческих слов νέος «новый» и δίδυμος «близнец», что связано с историей открытия элемента.

Нахождение в природе

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

Месторождения

Неодим входит в состав лантаноидов, месторождения которых находятся в России, США, Казахстане, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии, Китае. Последний является основным производителем, а также экспортёром неодима.

Общая сырьевая база редкоземельных элементов в мире составляет примерно 100 млн т, из которых на долю КНР приходится до 52 млн тонн. Китай поставляет 92—94 % мировых объёмов редкоземельных элементов.

Получение

Неодим при разделении редкоземельных элементов концентрируется вместе с лёгкими 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, Ca, Ba) ведут при 1000 °C и катодной плотности тока 4,7 А/см²; материал анода и катода — графит.

Цены на неодим чистотой 99—99,9 % в 2011 году составляли около 110 долларов США за 1 килограмм в зависимости от применяемой технологии производства и страны-производителя, а также от конечной формы готового изделия и области его применения и использования.

В 2014 году цена неодима 99 % чистоты составляла примерно 70 долларов США за 1 кг.

Применение

Неодим — один из наиболее широко применяемых металлов из группы лантаноидов наряду с самарием, церием, лантаном и др.

Очень важными областями применения неодима являются:

• легирование специальных конструкционных сплавов и сталей (модифицирование высококачественных сталей), неодим в виде добавки 1,5 % в полтора раза увеличивает прочность чистого титана и потому служит для его легирования.
• производство мощных постоянных магнитов (неодим-иттрий-кобальт, неодим-железо-бор),

Соединения неодима применяются в сельском хозяйстве (обработка семян с целью ускорения всхожести, урожайности).

Легирование неодимом значительно повышает прочность термоэлектрических материалов на основе теллуридов и селенидов висмута и сурьмы и повышает 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 линейного термического расширения и для производства неодимового стекла (см. ниже).

Фторид неодима применяется для получения высококачественных оптоволоконных световодов для волоконной оптики.

Теллурид неодима — очень хороший термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов, которым придаёт повышенную прочность и улучшает электрофизические характеристики (термо-ЭДС около 170 мкВ/К).

• В нефтехимическом производстве, при изготовлении синтетического каучука СКД-НД служит катализатором (синтетический каучук дивиниловый на неодимовом катализаторе).

Неодимовое стекло

Минеральное стекло с добавлением оксидов неодима и некоторых других лантаноидов обладает многочисленными полезными физическими и интересными оптическими свойствами, а потому имеет достаточно обширное применение в научных приборах, в аксессуарных и защитных очках, декоративном стеклоделии и другое.

Изотопы

Природный неодим состоит из семи изотопов: 142 Nd (27,2 %), 143 Nd (12,2 %), 144 Nd (23,8 %), 145 Nd (8,3 %), 146 Nd (17,2 %), 148 Nd (5,7 %), 150 Nd (5,6 %) — в скобках дано их содержание в природном неодиме. Из них пять стабильны, а два слаборадиоактивны: 144 Nd испытывает альфа-распад с периодом полураспада 2,38⋅10 15 лет, а 150 Nd — двойной бета-распад с периодом полураспада 7⋅10 18 лет. На 2003 год получен 31 искусственный нестабильный изотоп неодима с массовым числом в диапазоне от 124 до 161, также известны 13 метастабильных возбуждённых состояний его ядер.

Биологическая роль

Как и многие другие редкоземельные металлы, элементарный неодим не играет значительной биологической роли в живых организмах.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

8

Uue

Ubn

Ubu

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Ubs

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Источник

Металл неодим

Выделение неодима из его минерала произошло в конце 19 века. Сделал это химик немецкого происхождения Карл Ауэр фон Вельсбах. Долгое время научная общественность не придавала этому открытию должного значения. Неодим считался никому не нужным, малоперспективным металлом. Единственное, где ему нашли применение — так это изготовление кремния для зажигалок.

Но все поменялось, когда человечеству открылись способы получения энергии за счет деления атомных ядер. Атомная промышленность нуждалась в новых материалах, одним из которых и стал неодим. Какие свойства позволили ему получить широкое распространение в высоконаучном производстве?

Физические свойства

Неодим – типичный представитель редкоземельных металлов. Обладает серебристо-белым цветом. Относится к лантаноидной группе. В естественных условиях встречается в виде 7 изотопов, двое из которых радиоактивны. Период их полураспада составляет 14 дней.

Плотность металлического неодима меньше, чем у конструкционных сталей и равна 7007 кг/м3. Температура плавления 1024 ºС. Температура, при которой металл начинает кипеть, 3050 ºС. Неодим обладает высокой теплопроводящей способностью. Коэффициент теплопроводности составляет 13,5 Вт\м К.

Температурный коэффициент линейного расширения равен 6,7*10-6 1/С,т.е. при увеличении температуры на 1 градус металл расширится на 6,7 мкм. Удельное сопротивление электрическому току 0,64 мкОм*м. Парамагнитен. Восприимчивость к магнитному полю составляет 39,5*10-9 единиц.

Химические свойства

Неодим – элемент с повышенной активностью. Образует сплавы с большинством ныне известных металлов.

Металлический неодим обладает сильными восстановительными свойствами. Металл активно взаимодействует с соляной, серной, азотной и другими кислотами. Инертен в отношении фтороводородной и ортофосфорной кислот. Причина этому кроется в наличии на поверхности неодима защитной пленки, состоящей из соединений растворимой соли.

В насыщенном влагой воздухе неодим покрывается тонкой гидроксидной пленкой. При температуре более 300 ºС начинается процесс горения. При нагревании свыше 500 ºС неодим вступает в химические реакции с такими элементами как водород, фосфор, углерод, сера, азот.

Механические свойства

Отличительной особенностью неодима является его высокая пластичность. Модуль Юнга (упругости) составляет 37 ГПа. Модуль сдвига 13,5 ГПа. Относительное удлинение на сжатие равно 40%, что сравнимо с аналогичным показателем меди.

Неодим не выделяется высокими прочностными характеристиками. Предел прочности на разрыв составляет 136 МПа, что почти в 4 раза ниже, чем у стали 45. Твердость металлического неодима зависит от количества примесей в его составе. Такие элементы как фосфор повышают ее значение, но при этом отрицательно влияют на прочность. Для чистого неодима твердость равна 314 единиц по шкале Бринелля.

Технологические свойства

Повышенная пластичность металла обеспечивает ему возможность применения всех типов горячей и холодной обработки давлением: штамповка, ковка, чеканка и прочее. Штампованные заготовки из неодима отличаются высокой точностью из-за низкого значения усадки металла.

Металл поддается резанию. Из-за его повышенной вязкости не удается достичь высоких скоростей резания при обработке. Они колеблются в пределах 40-60 м/с.

Металлический неодим не изменяет механические характеристики обработкой температурой. Не сваривается. Частично поддается сварке.

Соединения неодима

Как уже было сказано ранее, неодим активно вступает в химические связи с другими элементами. Наиболее применяемые в практике среди них:

• Оксид неодима – голубовато-серое соединение плотностью 7325 кг/м3. Тугоплавок. Температура плавления 2300 С. Не растворяется в щелочи и воде.
• Фторид неодима – кристалл бледно-розового цвета с температурой плавления 1375 С.
• Хлорид неодима – фиолето-розовое соединение плотностью 4135 кг/м3. Отличается относительно низкой температурой плавления 760 С. Хорошо растворим в воде.

Применение

Широкое использование неодима в производстве имеет две основные причины:

• Большое распространение в природе. Литосфера содержит в среднем 2,5 грамма на тонну земли, а морская вода 0,02 *1 мкг на 1000 литров. Его процентное содержание на планете опережает такие металлы как золото, никель, алюминий и прочее.
• Относительно низкие цены.

В производстве выделяют следующие способы применения данного редкоземельного металла:

• Стекольная промышленность. Вместе с другими редкоземельными металлами, неодим является составной частью стекла, меняющего свой цвет исходя из интенсивности освещения. Также он служит компонентом «осветительного» стекла, применяемого при изготовлении оптической аппаратуры. Из неодимовых сплавов производят защитные очки для обеспечения безопасности проведения сварочного процесса. Причиной этому послужила способность металла поглощать ультрафиолет. Металлический неодим служит материалом для производства инфракрасных фильтров, используемых в оптическом оборудовании астрономов. Способность неодимового стекла препятствовать проникновению нейтронов нашло ему применение в производстве защиты термоядерных реакторов.
• В металлургической отрасли неодим применяется как раскислитель стали. Введение неодима в никелевый сплав повышает его пластичность на 30-40%, что дает возможность обрабатывать металл давлением. Магниевые сплавы, легированные неодимом, сохраняют свои механические характеристики при более высоких температурах. Титан с содержанием ниобия в составе имеет лучшую прочность и устойчивость к образованию коррозии по сравнению с чистым металлом.
• В атомной промышленности металлический неодим используют для получения плутония из урано-плутоневого раствора. Плутоний выделяется намного быстрее в условиях наличия частиц неодима, что дает возможность проведения его равномерной экстракции из жидкого урана. Помимо этого неодим увеличивает качественные характеристики уранового топлива.
• Большинство современных промышленных магнитов основаны на соединение железо-бор-неодим. По сравнению с самариево-кобальтовыми магнитами, они отличаются более высокими значениями магнитной силы.
• Химическая промышленность применяет неодим в качестве катализатора при изготовлении разного рода полимеров.
• Помимо этого служит сырьем для кристаллов излучателей лазеров. Неодимовые лазеры активно применяют в пластической хирургии для коррекции фигуры.
• Используется в качестве конструкционного материала в ракетокосмической промышленности. Неодимовый металлопрокат является заготовкой для деталей, установленных на орбитальных спутниках и космических аппаратах.
• В электронике неодим служит при производстве электронно-лучевых трубок, отличающихся повышенным значением контрастов цветов.

На ноябрь 2017 года стоимость неодима составляет в среднем 4000-4200 рублей за килограмм. На данную цену оказывает влияние прежде всего:

• Значение котировок на Лондонской бирже редкоземельных металлов.
• Химическая чистота. Наличие примесей снижает металлы в стоимости.
• Привязка цены к курсу доллара. Последнее резкое увеличение стоимости произошло по причине обвала рубля на мировом рынке.
• Не последнюю роль в формировании цен имеют природные катаклизмы.

Оцените статью:

Источник