Neodimium -rakenne, ominaisuudet, käytöt

Hän neodymium Se on harvinaisten maametallien Lantanide -sarjaan kuuluva metalli, jonka kemiallinen symboli on ND (ei sekoittaa NB: n, Niobiumin kanssa). Se on yksi lantanidien reaktiivisin ja runsas metallit, koska se on maankuoressa runsaasti lähellä lyijyä.

Neodymium on mielenkiintoisimpien ja käytännöllisimpien Lantanides -ryhmän sisällä. Kuten muutkin heidän ikäisensä, muodostavat yhdisteitä, joilla on vaaleanpunaisia ​​tai violetteja värillisiä, jotka voivat värjätä lasit ja keramiikkat, jotka ovat herkkiä tulevalle valonlähteelle; eli ne muuttavat väriä riippuen siitä, mikä valo valaisee niitä.

Metallinen neodyyminäyte, joka on varastoitu lasi -ampulliin. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä/CC kirjoittanut (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)

Ylös meillä on näyte metallisesta neodymiumista. Sen on säilytettävä inertin ilmakehän alla, muuten hapen vaikutuksesta se syöpisee nopeasti. Omassa neodyymissä ei ole metalli, joka ulkonee, kuten kuparin tai kullan kanssa; Niiden sekoitetuilla seoksilla ja kiteillä on kuitenkin valtava teknologinen vaikutus.

Tässä mielessä neodyymi on synonyymi magneetteille kuuluisan neodyymi -magneettien vuoksi, jotka ovat kaikkien aikojen tehokkaimpia. Nämä koostuvat ND-FE-B-seoksesta, jonka fysikaaliset ominaisuudet muistuttavat melko keramiikan ominaisuuksia ja jotka vievät tärkeän paikan elektronisten laitteiden sinfiineissä.

Toisaalta neodyymimagneetit eivät ole vain hyvin tiedossa, vaan myös niiden laserit, joille on ominaista heidän vihertävät ja kirkkaat palkit. Lasereilla, joissa on sekoitettuja kiteitä neodyymiatomeilla.

[TOC]

Löytö

Neodymiumin löytö alkoi Didimiosta, oksidien tai lantanidisuolojen seoksesta, jota 1800 -luvulla pidettiin virheellisesti elementtinä.

Vuonna 1885 itävaltalainen kemisti Carl Auer von Welsbach etsi ja hallitsi menetelmää Didimion murto -ohjelmaan, joka siihen mennessä ja spektroskooppisen analyysin ansiosta hänen komposiittiluontonsa oli jo tunnettu.

Carl Welsbach suoritti tehtävänsä kaksoisnitraatin ja ammoniumsuolojen vaivalloisten fraktioiden kiteytymisen jälkeen, jotka on saatu Didimiossa olevista metalleista: neodyymi ja Praseodimium.

Neodymiumin suola oli vaaleanpunainen, kun taas prseodimiumin, vihertävän värin suola. Hänen nimensä 'Neodimio', joka tarkoittaa 'uutta kaksosia', johdettu 'opetuksesta', koska se oli kaikkein runsas osa Didimiosta, jonka kanssa hän työskenteli.

Se voi palvella sinua: indolaleetikkahappo: rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Neodymiumin kemiallinen rakenne

Neodymium -atomit, ND, ovat vuorovaikutuksessa voimakkaasti keskenään metallisen linkin kautta. Tämä voima yhdessä ND: n atomisäteen ja sen pakkausmuodon kanssa kolmessa ulottuvuudessa päättyy kompakti kuusikulmaisen kaksoiskuusgonaalisen rakenteen (DHCP) asettamiseen; Sen vakain ja tihein allotrooppinen muoto.

Kuitenkin, kun DHCP -metallikiteet lämpö lämpötilassa, joka on lähellä 863 ºC, neodyymi kärsii vaihesiirtymästä: sen rakenne transformoituu kehon (BCC) kuutiometriin, mikä on vähemmän tiheää. Siksi neodyymi voi esiintyä kahtena allotrooppisena muodossa: DHCP ja BCC.

Elektroninen kokoonpano

Elektroninen neodyymi -kokoonpano

Neodymiumin lyhennetty elektroninen kokoonpano on seuraava:

[Xe] 6s² 4F⁴

Koska 4F -orbitaalien elektroninen täyttö ei ole Lantanid -sarjan neljäs elementti.

Neodimium -ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Hopea ja kirkas metalli, suhteellisen muokattava ja huomattava kovuus, verrattavissa rautaan. Kun lyöt sitä, se emittoi tintineon, joka muistaa pronssin.

Atominumero

60 60

Moolimassa

144.242 g/mol

Sulamispiste

1024 ºC

Kiehumispiste

3074 ºC

Tiheys

Huoneenlämpötilassa: 7.01 g/cm³

Aivan sulamispisteessä: 6.89 g/cm³

Hapetustilat

Neodyymi voi osallistua sen yhdisteisiin, joissa on 0 hapettumistilaa (nd^{0 -}, seoksissa), +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) ja +4 (nd⁴⁺), Olla +3 on vakain ja yleisin kaikista, kuten muiden lantanidien kanssa.

Elektronegatiivisuus

1.14 Pauling -asteikolla.

Ionisaatioenergiat

Ensimmäinen: 533.1 kJ/mol (nd⁺ kaasumainen)

Toinen: 1040 kJ/mol (nd²⁺ kaasumainen)

Kolmas: 2130 kJ/mol (nd³⁺ kaasumainen)

Magneettinen järjestys

Paragneettinen. Magneetit tuskin houkuttelevat sitä heikosti heikosti. Kuitenkin, kun sinut on tullut rauta- ja booriatomeilla, se saa magneettisen kylläisyyden; toisin sanoen se saavuttaa magnetointitilan maksimaalisen, joten se on voimakas magneetti.

Alle 20 K: n lämpötilassa neodymiumista tulee antiferromagneettinen materiaali.

Reaktiivisuus ja yhdisteet

Neodyymi on yksi Lantanid -sarjan reaktiivisimmista metalleista. Se on säilytettävä hapen ulottumattomilta, koska se kulkee pintaansa nopeasti, koska tuloksena oleva oksidi on rikki kykenemättä suojaamaan metallin sisätilaa seuraavilta hapettumisilta:

Voi palvella sinua: Heikot elektrolyyttit: käsite, ominaisuudet, esimerkit

4 nd + 3 o₂ → 2₂JOMPIKUMPI₃

Tämä hapettuminen kiihtyy 150 ºC: n nopeudella, polttaen neodyymi intensiteetillä.

Se ei vain reagoi nopeasti hapen kanssa, vaan myös happamien aineiden, kuten suolahappojen, kanssa vedyn vapauttamiseksi ja neodymiumsuolojen tuottamiseksi:

2. ND + 6 HCL → 2 NDCL₃ + 3 h₂

Neodyymiyhdisteiden liuokset osoittavat vaaleanpunaisia ​​värejä, ominaisuus, joka näkyy myös Erbiossa, toisessa Lantanidissa. Kuitenkin, kun niitä valaistetaan loistelamppulla, ne muuttuvat keltaisiksi. Huomaa esimerkiksi alempi kuva:

a) sulfaattiliuokset, nitraatti- ja neodyymkloridi (III) auringonvalon alla; b) Samat liuokset, mutta valaistu kompaktilla loisteputkella. Lähde: W. OELEN/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)

ND -suolojen vesiliuokset₂(SW₄-A₃, Nd (ei₃-A₃ ja NDCL₃ Ne ovat vaaleanpunaisia ​​tai violetteja, jos ne imevät auringonvaloa; Mutta kellertävä tai jopa väritön (katso nitraattiliuos), kun niitä valaistetaan toisella valonlähteellä, kuten kompakti loisteputki.

Tämä ilmiö johtuu F-F-elektronisista siirtymistä, joiden absorptiokaistat ovat vuorovaikutuksessa säteilytetyn valon kanssa.

Saada

Nedymiumia löytyy maan aivokuoren tuntemattomista kivistä, jotka integroivat monia mineraaleja, joissa lantanidit ovat vallitsevia. Näiden mineraalien joukossa bastnasiitti ja monasiitti erottuvat, joihin myös kaikki heidän perheensä tai variantit sisältävät noin 10-18% hyödynnettävästä neodyymista. Siksi bastnasita ja monasiitti ovat sen tärkeimmät mineralogiset lähteet.

ND -ionit³⁺ Ne on erotettava matriisista, joka koostuu muista lantanidioksideista ja muista epäpuhtauksista. Tätä varten käytetään ioninvaihtokromatografiatekniikoita ja nestemäisiä uuttoja.

Tehty tämä, ja valitusta prosessista riippuen neodyymi -ionit saadaan niiden oksidiksi tai minkä tahansa sen halogenideina (NDX₃-A.

Oksidi, nd₂JOMPIKUMPI₃, Sitä voidaan pelkistää metallisella natriumilla kalsiumkloridin läsnä ollessa, kuten seuraavassa kemiallisessa yhtälössä on osoitettu:

Nd₂JOMPIKUMPI₃ + 3 CACl₂+ 6 Na → 2 Nd + 3 CaO + 6 NaCl

Toisaalta NDCL₃ Se voidaan pelkistää metallisiksi neodyymiksi elektrolyysillä tai metallotermisellä pelkistyksellä käyttämällä kalsiumia pelkistävänä aineena.

Käyttää/sovelluksia

Valokuvaus

Neodymium -kiinnitettyä lasia käytetään keltaisena suodattimena kameroissa.

Keramiikka

Neodymiumlasista valmistetut sipulit ja erilaiset valonlähteet valaisevat. Lähde: Scientific29/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)

Lasiin tai violettivärien tuottamiseksi lasille käytetään myyntiä tai neodyymioksidia. Toisaalta Neodymiumin laseilla on myös erikoisuus, kuten aiemmin mainittiin, erilaisten värien osoittamiseksi tapahtuvan valosta riippuen, kuten alla olevasta kuvasta nähdään:

Voi palvella sinua: Arrhenius -yhtälö

Vasemmalla puolella lamppu näyttää sinertävän värillisen fluoresoivan valon alla; Oikealla ollessaan se muuttuu vaaleanpunaisessa värissä hehkulameessa.

Toisaalta neodymium -seosin lamppuilla on myös ominaisuus päästä älykkäämpiä valoja, koska ne absorboivat kellertäviä päästöjä.

Hitsauslasit

Hitsauslasit sisältävät neodymiumia, joka imee voimakkaita natriumpäästöjä, mikä eliminoi hehkulamaiset keltaiset välähdykset.

Laserit

Sinut toistetaan ND-Yag-lasereilla, joista on ominaista. Lähde: Giorgio Brida Torinosta, Italia/CC kirjoittanut (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/2.0)

Neodyymioksidia käytetään varustamaan lasit, joita käytetään korkeiden voimien rakentamisessa, jotka kykenevät aloittamaan sulautumisreaktiot.

Muiden neodyymilaserien, kuten ND: YAG: n (itiTriumin ja alumiinin neodyymiharmaa) säteitä, ihosyövän hoitoon, kehon karvanpoistoon ja teräksen leikkaamiseen tai poraukseen.

Magneetit

Neodyymi magneettipallot, jotka on asetettu sen pysyvälle ja vahvalle magnetoinnille. Lähde: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)

Nd-fe-b (nd₂Usko₁₄B) ja sen korkea magnetointi käytetään voimakkaiden magneettien luomiseen. Nämä ovat magneetit par excellence, koska ne ovat kaikkien aikojen tehokkaimpia. Joillakin haitoilla on kuitenkin: puhtaimmassa muodossaan ne menettävät magneettiset ominaisuutensa korkeissa lämpötiloissa, ja ne ovat helposti syövyttäviä ja murtuneita.

Näiden haittojen ratkaisemiseksi. Siten neodyymimagneetteja käytetään sähkögeneraattoreissa tuuli- ja tuuliturbiineille, lääketieteellisille laitteille, leluille, matkapuhelimille, mikrofoneille, sähkökitaroille jne.

Neodimium-magneetit koostuvat ND-FE-B-seoksesta, joka sisältää myös muita lisäaineita, jotka ovat osa niitä muita harvinaisia ​​maametalleja. Voima, jolla he houkuttelevat, on sellainen, että on mahdollista kerätä niitä luoda erilaisia ​​lukuja, kuten yllä oleva kuvasylinteri.

Nämä magneetit toimivat myös harrastuksina niille, jotka haluavat todistaa vetovoimansa kahden esineen välillä, tarkkailemalla kuinka he murskaavat ne prosessissa. Katso esimerkiksi seuraava video:

Kokosta, koostumuksesta ja lämpötilasta riippuen nämä magneetit voivat olla jopa vaarallisia, koska ne houkuttelevat massiivisia esineitä heitä kohtaan, jotka voivat lyödä jotakuta.

Viitteet

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
2. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (2020). Neodymium. Toipunut: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodymium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
4. Mohammad Reza Ganjali et ai. (2016). Lanthanides -sarjan esittely erilaisilla analyyttisillä menetelmillä. Tiede.
5. DR. Doug Stewart. (2020). Neodyymielementit. Toipunut: Chemicool.com
6. Sharma, r.-Lla. (1987). Neodyymituotantoprosessi. Jommi 39, 33-37. doi.org/10.1007/BF03259468