Neodimiumstruktur, Eigenschaften, verwendet

Er Neodym Es ist ein Metall, das zur Lantanid -Serie der Seltenen Erden gehört, deren chemisches Symbol ND ist (nicht mit NB, dem Niob), um zu verwechseln). Es ist eines der reaktivsten und reichlichsten Metalle der Lanthaniden, die sich in der Erdkruste mit einer Fülle nahe der des Bleis befinden.

Das Neodym liegt innerhalb der Gruppe der interessantesten und praktischsten Lantanide. Wie andere ihrer Kollegen bilden Verbindungen, die rosa oder lila Färben aufweisen, die Brillen und Keramik färben können, die für die einfallende Lichtquelle empfindlich sind. Das heißt, sie ändern die Farbe, je nachdem, welches Licht sie beleuchtet.

Metallische Neodymprobe in einer Glasampulle gespeichert. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen/CC von (https: // creativeCommons.Org/lizenzen/bis/3.0)

Wir haben eine Probe von metallischem Neodym. Es muss unter einer inerten Atmosphäre gespeichert bleiben, sonst wird es schnell durch die Wirkung von Sauerstoff korrodiert. In seinem eigenen Neodym ist kein Metall, das wie bei Kupfer oder Gold hervorsteht. Ihre gemischten Legierungen und Kristalle haben jedoch einen großen technologischen Einfluss.

In diesem Sinne ist das Neodym aufgrund der berühmten Neodym -Magnete, die die mächtigsten jemals erstellt wurden. Diese bestehen aus einer Nd-Fe-B-Legierung, deren physikalische Eigenschaften denjenigen der Keramik sehr ähnlich sind und die einen wichtigen Ort in elektronischen Geräte-Symphinen einnehmen.

Andererseits sind nicht nur Neodym -Magnete bekannt, sondern auch ihre Laser, die durch ihre grünlichen und hellen Strahlen gekennzeichnet sind. Die Laser mit gemischten Kristallen mit Neodymatomen haben unterschiedliche Anwendungen: von heilenden oberflächlichen Wunden, um Fusionsreaktionen auszulösen.

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Entdeckung

Die Entdeckung des Neodymium.

Im Jahr 1885 suchte der österreichische Chemiker Carl Auer von Welsbach eine Methode, um das Didimio zu befreien, das bis dahin und dank der spektroskopischen Analyse seine zusammengesetzte Natur bereits bekannt war.

Carl Welsbach hat seine Mission nach mühsamen fraktionalen Kristallisationen von Doppelnitrat und Ammoniumsalzen abgeschlossen, die aus den im Didimio vorhandenen Metallen erhalten wurden: Neodym und Praseodimium.

Das Salz des Neodymiums war rosa, während das des Prseodimiums grünlicher Farbe ist. Sein Name "Neodimio", was "neuer Zwilling" bedeutet, abgeleitet aus der "Lehre", da es der am häufigsten vorkommende Bruchteil des Didimio war, mit dem er arbeitete.

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Chemische Struktur von Neodym

Die Neodymatome, ND, interagieren stark miteinander durch die metallische Verbindung. Diese Kraft, zusammen mit dem Atomradius von ND und der Art der Packung in drei Dimensionen, endet mit der Einstellung einer kompakten hexagonalen Doppel -hexagonalen Struktur (DHCP); seine stabilste und dichteste allotrope Form.

Wenn jedoch DHCP -Metallkristalle bei einer Temperatur nahe 863 ° C erhitzen, erleidet das Neodym einen Phasenübergang: Seine Struktur wird in einen Kubikmeister im Körper (BCC) umgewandelt, der weniger dicht ist. Daher kann Neodym als zwei allotropische Formen existieren: DHCP und BCC.

Elektronische Konfiguration

Elektronische Neodymkonfiguration

Die abgekürzte elektronische Konfiguration für das Neodym ist wie folgt:

[Xe] 6s² 4f⁴

Genau das vierte Element der Lantanid -Serie ist die elektronische Füllung seiner 4F -Orbitale nicht der erwarteten Ordnung und wurde vom Aufbbau -Prinzip festgelegt.

Neodimium -Eigenschaften

Aussehen

Silber und helles Metall, relativ formbar und erhebliche Härte, vergleichbar mit Eisen. Wenn Sie es treffen, gibt es einen Tintino aus, der sich an das von Bronze erinnert.

Ordnungszahl

60

Molmasse

144.242 g/mol

Schmelzpunkt

1024 ºC

Siedepunkt

3074 ºC

Dichte

Bei Raumtemperatur: 7.01 g/cm³

Direkt am Schmelzpunkt: 6.89 g/cm³

Oxidationszustände

Das Neodym kann an seinen Verbindungen mit 0 Oxidationszuständen (ND) teilnehmen⁰, in Legierungen) +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) und +4 (nd⁴⁺), +3 ist der stabilste und häufigste von allen, wie bei den anderen Lantaniden.

Elektronegativität

1.14 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergien

Erstens: 533.1 kJ/mol (nd⁺ gasförmig)

Zweitens: 1040 kJ/mol (nd²⁺ gasförmig)

Dritter: 2130 kJ/mol (nd³⁺ gasförmig)

Magnetische Ordnung

Paramagnetisch. Es wird von Magneten kaum schwach angezogen. Wenn Sie jedoch mit Eisen- und Boratomen verwirbelt, erwerben sie eine magnetische Sättigung. Das heißt, es erreicht einen maximalen Magnetisierungszustand, daher wird es ein starker Magnet sein.

Bei einer Temperatur unter 20 k wird das Neodym zu einem antiferromagnetischen Material.

Reaktivität und Verbindungen

Das Neodym ist eines der reaktivsten Metalle der Lantanid -Serie. Es muss außerhalb der Reichweite des Sauerstoffs gelagert werden, da es schnell seine Oberfläche läuft, da das resultierende Oxid gebrochen wird, ohne das Innere des Metalls vor nachfolgenden Oxidationen zu schützen:

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4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂ENTWEDER₃

Diese Oxidation beschleunigt bei 150 ° C und verbrennt das Neodym mit Intensität.

Es reagiert nicht nur schnell mit Sauerstoff, sondern auch mit sauren Substanzen wie Salzsäure, um Wasserstoff freizusetzen und Neodymsalze zu produzieren:

2 ND + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 h₂

Die Lösungen von Neodym -Verbindungen zeigen rosa Farben, ein Merkmal, das auch im Erbio zu sehen ist, eine weitere Lantanid. Wenn sie jedoch mit einer fluoreszierenden Lichtlampe beleuchtet werden, wechseln sie Gelb. Beachten Sie zum Beispiel das untere Bild:

A) Sulfatlösungen, Nitrat und Neodymchlorid (iii) unter Sonnenlicht; b) die gleichen Lösungen, aber mit einer kompakten Fluoreszenzlampe beleuchtet. Quelle: w. Oelen/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)

Die wässrigen Lösungen der ND -Salze₂(SW₄)₃, Nd (nein₃)₃ und Ndcl₃ Sie sind rosa oder lila, wenn sie Sonnenlicht absorbieren. Aber gelblich oder sogar farblos (siehe die Nitratlösung), wenn sie mit einer anderen Lichtquelle beleuchtet werden, z. B. eine kompakte Fluoreszenzlampe.

Dieses Phänomen ist auf f-f elektronische Übergänge zurückzuführen, deren Absorptionsbanden mit denen des bestrahlten Lichts interagieren.

Erhalten

Das Neodym findet sich in den magmatischen Gesteinen des Erdecortex, in dem viele Mineralien integriert werden, in denen die Lanthanide vorherrschen. Unter diesen Mineralien, der Bastnasiten und der Monacit, die sich ausschöpfen, einschließlich all ihrer Familien oder Varianten, enthält etwa 10 bis 18% des ausblosierbaren Neodymiums. Daher sind die Bastnasita und der Monacit ihre mineralogischen Hauptquellen.

Die ND Ionen³⁺ Sie müssen von einer Matrix getrennt sein, die aus anderen Lanthanidoxiden und anderen Verunreinigungen besteht. Da.

Dies erledigt dies, und je nach ausgewähltem Prozess werden Neodymionen als ihr Oxid oder eines seiner Halogenide (NDX) erhalten₃).

Das Oxid, nd₂ENTWEDER₃, Es kann mit metallischem Natrium in Gegenwart von Calciumchlorid reduziert werden, wie in der folgenden chemischen Gleichung angegeben:

Nd₂ENTWEDER₃ + 3 Cacl₂+ 6 Na → 2 Nd + 3 CaO + 6 NaCl

Andererseits die NDCL₃ Es kann durch Elektrolyse oder durch eine metallotherme Reduktion unter Verwendung von Calcium als Reduktionsmittel auf metallisches Neodym reduziert werden.

Verwendet/Anwendungen

Fotografie

Neodym -Gifted -Glas wird als gelber Filter in den Kameras verwendet.

Keramik

Glühbirnen aus Neodymglas hergestellt und durch verschiedene Lichtquellen beleuchtet. Quelle: Scientific29/CC BY-SA (https: // CreateRecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)

Verkauf oder Neodymoxid werden als Zusatzstoffe verwendet, um Glas Glas oder lila Färben bereitzustellen. Andererseits haben die Brille von Neodym auch die Besonderheit, wie bereits erwähnt, um unterschiedliche Farben zu zeigen, je nach dem einfallenden Licht, wie im folgenden Bild zu sehen ist:

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Links zeigt die Glühbirne eine bläuliche Färbung unter fluoreszierendem Licht; Auf der rechten Seite ändert es sich in der rosa Färbung unter Glühlampen.

Andererseits haben die Neodym -Doping -Glühbirnen auch das Merkmal, intelligentere Lichter zu emittieren, da sie gelbliche Emissionen absorbieren.

Schweißbrille

Die Schweißgläser enthalten Neodym, die intensiv.

Laser

Sie werden mit den ND-YAG-Lasern reproduziert, die durch ihre attraktive grüne Farbe gekennzeichnet sind. Quelle: Giorgio Brida aus Torino, Italien/CC von (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by/2.0)

Neodymoxid wird verwendet, um das beim Bau von Hochleistungen verwendete Glas auszurüsten, was in der Lage ist, Fusionsreaktionen zu initiieren.

Die Strahlen anderer Neodym-Laser wie ND: YAG (Neodym-Grau Ititrium und Aluminium) wurden zur Behandlung von Hautkrebs, Körperhaarentfernung und dem Schneiden oder Bohren von Stahl verwendet.

Magnete

Neodym -Magnetkugeln für seine dauerhafte und starke Magnetisierung eingestellt. Quelle: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // CreePecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)

ND-FE-B (ND₂Glaube₁₄B) und seine hohe Magnetisierung wird verwendet, um leistungsstarke Magnete zu erzeugen. Dies sind Magnete par excellence, da sie die mächtigsten jemals gebaut sind. Einige Nachteile haben jedoch: In ihrer reinsten Form verlieren sie ihre magnetischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und sie sind leicht zu korrodieren und zu zerbrechen.

Um diese Unannehmlichkeiten zu lösen. Somit werden Neodym -Magnete in elektrischen Generatoren für Wind- und Windturbinen, medizinische Geräte, Spielzeug, Mobiltelefone, Mikrofone, Elektrogitarren usw. verwendet.

Neodimium-Magnete bestehen aus der Nd-Fe-B-Legierung, die auch andere Zusatzstoffe enthält, die Teil von ihnen andere Seltenerdmetalle sind. Die Kraft, mit der sie anziehen, ist so, dass es möglich ist, sie zu sammeln, um verschiedene Figuren zu erstellen, wie z. B. den Bildzylinder oben.

Außerdem dienen diese Magnete als Hobbys für diejenigen, die ihre Anziehungskraft zwischen zwei Objekten beweisen wollen, und beobachten, wie sie sie zerstören. Siehe zum Beispiel das folgende Video:

Je nach Größe, Zusammensetzung und Temperatur können diese Magnete sogar gefährlich sein, da sie massive Gegenstände gegenüber ihnen anziehen, die jemanden treffen könnten.

Verweise

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2. Die Herausgeber von Enyclopaedia Britannica. (2020). Neodym. Erholt von: Britannica.com
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5. DR. Doug Stewart. (2020). NEODYMIUM -Element -Fakten. Erholt von: Chemicoolool.com
6. Sharma, r.ZU. (1987). Neodymproduktionsprozess. Jom 39, 33-37. doi.org/10.1007/BF03259468