Неодим

Неодим
Атомный номер	60
Внешний вид простого вещества	Серебристо-белый металл с золотистым оттенком
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	144,24 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	182 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	531,5(5,51) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f4 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	184 пм
Радиус иона	99,(+3e) 5 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,14
Электродный потенциал	Nd←Nd3+ −2,32В Nd←Nd2+ −2,2В
Степени окисления	3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	7,007 г/см³
Молярная теплоёмкость	27,42 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(16,5) Вт/(м·K)
Температура плавления	1294 K
Теплота плавления	7,1 кДж/моль
Температура кипения	3341 K
Теплота испарения	289 кДж/моль
Молярный объём	20,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	3,660 Å
Отношение c/a	1,614
Температура Дебая	n/a K

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

Неодим был открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом (Carl Auer von Welsbach). 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

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

Получение

При разделении редкоземельных элементов неодим концентрируется вместе с легкими лантаноидами и выделяется вместе с празеодимом. Дальнейшее разделение проводят методами ионной хроматографии или экстракции. Металлический неодим получают электролизом расплава хлорида или фторида неодима NdF₃, NdCl₃.

Неодим при разделении РЗЭ 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 °С и катодной плотности тока 4,7 А/см²; материал анода и катода — графит.

Цены

Цены на неодим чистотой 99-99,9 % составляют от 2 до 5 долл. за 1 грамм 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, в связи с мировым кризисом, цены на редкоземельные металлы на основных рынках (Китай, Япония, США) неуклонно снижаются.

Применение

Неодим — один из наиболее широко применяемых материалов из 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),
• производство цветного стекла (фиолетовое неодимовое стекло) и лазерных материалов (длина волны 1063 нм — инфракрасное излучение).

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

Неодим способнен 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.

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).

Биологическая роль

Изотопы

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, насколько это известно, 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.