60 Nd Neodym 144.242
Lanthanoid f-block Period 6

Neodym

Nd · Element 60

The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made.

ZUSTAND BEI 20°C fest
ATOMMASSE 144.242 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁴ 6s²

Struktur

Das neodym-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftenübersicht

Jeder Balken zeigt, wo neodym bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 7.01 g/cm³ 42%
Schmelzpunkt 1294 K 56%
Siedepunkt 3347 K 69%
Spezifische Wärme 0.19 J/g·K
Wärmeleitfähigkeit 16.5 W/m·K 42%

Atomar

Atomradius 181 pm 69%
Kovalenzradius 201 pm
Van-der-Waals-Radius 229 pm

Elektronisch

Elektronegativität 1.14 17%
Ionisierungsenergie 532.6 kJ/mol 11%
Elektronenaffinität 9.4 kJ/mol 9%

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 41.5 mg/kg 78%

Identität

SymbolNd
Ordnungszahl60
Atommasse144.242 u
KategorieLanthanoid
Blockf
Kristallstrukturhexagonal
Oxidationsstufen+3
Entdeckung1885
Entdeckt vonCarl Auer von Welsbach

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Größe, maßstabsgetreu

How big is a neodym atom?

Radius 181 pm — that is 0.181 nm, so about 2762 million of them side by side would span a millimetre.

Temperaturbereich

Solid, liquid, gas — and when

Neodym is liquid over a 2053 K window, from 1294 K to 3347 K.

Position

Position in der Tabelle

Neodym sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER LANTHANOIDE

All lanthanoide

Die Geschichte

Was neodym ist und wie wir es entdeckt haben

The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made.

The discovery of neodym

Die Chronik der Entdeckung

1885 – Der österreichische Durchbruch

Carl Auer von Welsbach, der brillante österreichische Chemiker, machte eine der wichtigsten Entdeckungen in der Chemie der Seltenen Erden. Bei der Untersuchung des rätselhaften „Didymiums“ vermutete er, dass dieses vermeintliche Element tatsächlich aus zwei verschiedenen Stoffen bestand.

Die spektroskopische Revolution

Mithilfe der bahnbrechenden Technik der Spektroskopie analysierte Welsbach das von erhitzten Didymiumproben ausgesandte Licht. Die Spektrallinien lieferten unmissverständliche Beweise für zwei verschiedene Elemente, die offen verborgen waren.

Der „neue Zwilling“ tritt hervor

Durch Hunderte sorgfältig durchgeführte Kristallisationszyklen trennte Welsbach Didymium erfolgreich in zwei Elemente. Das zweite nannte er „Neodym“, abgeleitet vom griechischen „neos didymos“, was „neuer Zwilling“ bedeutet – in Anspielung auf seine Verbindung mit Praseodym.

Das Rätsel des Didymiums

Über 40 Jahre lang untersuchten Wissenschaftler „Didymium“ in dem Glauben, es handle sich um ein einzelnes Element. Die Verwirrung begann 1841, als Carl Gustav Mosander es erstmals von Cer trennte. Mehrere Chemiker hatten Unstimmigkeiten bei den Eigenschaften des Didymiums bemerkt, doch Welsbach war der Erste, der den Grund dafür nachwies.

„Durch das Spektroskop offenbarte Didymium seine doppelte Natur – was als eines erschien, waren in Wahrheit zwei Elemente, die in vollkommener Harmonie zusammenlebten.“

— Carl Auer von Welsbach, 1885

Welsbach: Der Erfinder-Wissenschaftler

Baron Carl Auer von Welsbach war nicht nur ein Entdecker, sondern auch ein praktischer Erfinder, dessen Arbeit die Welt erhellte:

Gasglühstrümpfe

Revolutionierte die Gasbeleuchtung durch Glühstrümpfe aus Oxiden der Seltenen Erden und erhöhte die Helligkeit um das Sechsfache

Feuersteine für Feuerzeuge

Entwickelte „Feuersteine“ aus einer Cer-Eisen-Legierung, die noch heute in Zigarettenfeuerzeugen verwendet werden

Wolframglühfäden

Verbesserte elektrische Glühlampen mit reinen Wolframglühfäden

Innovation der wissenschaftlichen Methode

Welsbachs Trennung von Neodym war wegweisend für die Anwendung systematischer Spektroskopie in Verbindung mit fraktionierter Kristallisation. Seine Methoden wurden zum Goldstandard für die Trennung von Elementen der Seltenen Erden und beeinflussten Generationen analytischer Chemiker.

Moderne Anerkennung

1950er-1960er:

Die magnetischen Eigenschaften von Neodym wurden entdeckt und führten zur Entwicklung von Dauermagneten

1982:

Wissenschaftler von Sumitomo stellen die ersten Neodym-Eisen-Bor-Magnete her

2000er-heute:

Neodym wird für die Revolution der grünen Energie unverzichtbar

Bleibendes Vermächtnis

Welsbach hätte sich niemals vorstellen können, dass sein „neuer Zwilling“ für Elektroautos und Windkraftanlagen unverzichtbar werden würde. Doch sein sorgfältiger wissenschaftlicher Ansatz legte den Grundstein für die heutige Revolution der sauberen Energie. Jeder Tesla, der lautlos über die Autobahn fährt, verdankt seine Existenz der Neugier eines österreichischen Barons auf Spektrallinien.

Anwendungen

Wofür neodym verwendet wird

Fortschrittliche industrielle Anwendungen

Neodym ist der „Magnetkönig“ des Periodensystems und erzeugt die stärksten der Wissenschaft bekannten Dauermagnete. Diese Supermagnete revolutionieren die Technik – von Smartphones bis zu Windkraftanlagen.

Neodym-Supermagnete

Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB) sind 10-18-mal stärker als herkömmliche Ferritmagnete. Ein kleiner Neodymmagnet in der Größe einer Münze kann über 20 Pfund tragen. Diese revolutionären Magnete ermöglichen:

  • Miniaturisierungsrevolution – kleinere und leistungsfähigere Geräte
  • Steigerung der Energieeffizienz – Motoren, die 40% weniger Strom verbrauchen
  • Erneuerbare Energien – praktikable Wind- und Solarenergie
  • Weiterentwicklung des Verkehrs – Elektrofahrzeuge und Hochgeschwindigkeitszüge

Revolution der Elektrofahrzeuge

Jedes Elektro- und Hybridfahrzeug ist auf Neodymmagnete angewiesen:

  • Tesla Model S: Enthält etwa 3 kg Neodym in den Motormagneten
  • Toyota Prius: Verwendet 1-2 kg für Motor und Generator
  • Nissan Leaf: Neodymmagnete im Antriebsmotor und in Nebenaggregaten
  • Elektrobusse und -lastwagen: Bis zu 50 kg Neodym pro Fahrzeug

Infrastruktur für erneuerbare Energien

Moderne Windkraftanlagen wären ohne Neodym nicht möglich:

  • Offshore-Windkraftanlagen: 600-1000 kg Neodym pro Anlage
  • Direktantriebsgeneratoren: Entfallen auf Getriebe und steigern die Effizienz
  • Wartungsreduzierung: Magnetlager benötigen keine Schmierung
  • Netzstabilität: Magnetschwebetechnik für die Energieübertragung

Unterhaltungselektronik

  • Smartphone-Lautsprecher: Winzige Neodymmagnete für klaren Klang
  • Festplatten: Schreib-/Leseköpfe verwenden Neodym für eine präzise Positionierung
  • Kopfhörer: Hochwertige Klangqualität durch leistungsstarke Magnettreiber
  • Elektrische Zahnbürsten: Magnetische Kopplung für wasserdichten Betrieb

Medizintechnik

  • MRT-Geräte: Neodymmagnete für magnetische Feldgradienten
  • Magnettherapiegeräte: Gezielte Behandlungsmöglichkeiten
  • Systeme zur Arzneimittelverabreichung: Magnetische Nanopartikel für die Präzisionsmedizin
  • Zahntechnische Geräte: Magnetische Befestigungen für Prothesen

Industrielle Anwendungen

  • Magnetabscheider: Bergbau und Recycling
  • Magnetkupplungen: Leckagefreie Pumpen und Mischer
  • Magnetschwebetechnik: Hochgeschwindigkeitszüge und berührungslose Lager
  • Robotik: Präzise Antriebe und Sensoren

Anwendungen im Alltag

Haushaltsgegenstände

  • Kühlschranktürdichtungen und -verschlüsse
  • Magnetische Verschlüsse von Küchenschränken
  • Magnetrons von Mikrowellenherden
  • Staubsaugermotoren
  • Pumpen und Ventile von Waschmaschinen
  • Garagentoröffner

Audiogeräte

  • High-End-Stereolautsprecher
  • Professionelle Mikrofone
  • Sostenuto-Pedale von Klavieren
  • Tonabnehmer für E-Gitarren
  • Geräuschunterdrückende Kopfhörer
  • Bluetooth-Lautsprecher

Spiele und Unterhaltung

  • Vibrationsmotoren von Videospielcontrollern
  • Positionsverfolgung von VR-Headsets
  • Kraft-Rückmeldung von Gaming-Lenkrädern
  • Antriebe von Spielautomaten
  • Haptische Rückmeldung von Smartphones

Werkzeuge und Geräte

  • Motoren kabelloser Bohrmaschinen
  • Magnetische Werkzeughalter
  • Magnetische Aufnahmewerkzeuge
  • Motoren elektrischer Rasenmäher
  • Magnetische Messgeräte

Automobiltechnik (über Elektrofahrzeuge hinaus)

  • Motoren elektrischer Fensterheber
  • Motoren für die Sitzverstellung
  • Kraftstoffeinspritzsysteme
  • ABS-Bremssensoren
  • Servolenkungspumpen

Einzelhandel und Gewerbe

  • Magnetische Sicherheitsetiketten
  • Kassenschubladen
  • Verschlüsse von Vitrinen
  • Förderbandsysteme
  • Kassenscanner

Wirtschaftliche Auswirkungen

Der weltweite Neodymmarkt übersteigt $2.5 Milliarden jährlich und wächst pro Jahr um 8-10%, vor allem aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen und des Ausbaus erneuerbarer Energien. China kontrolliert 85% des weltweiten Angebots, was erhebliche geopolitische Folgen hat.

Neue Anwendungen

  • Quantencomputer: Magnetische Quantenbits und Steuerungssysteme
  • Raumfahrttechnik: Systeme zur Satellitenpositionierung und -ausrichtung
  • Fusionsenergie: Magnetische Einschlusssysteme für Fusionsreaktoren
  • Hyperloop: Magnetschwebetechnik für den ultraschnellen Transport

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

41.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 78% of elements

Natürliches Vorkommen

Neodym ist nach Cer das zweithäufigste Seltenerdelement, doch seine strategische Bedeutung übersteigt seine natürliche Häufigkeit bei Weitem. Das Element ist für die moderne Zivilisation von entscheidender Bedeutung, kommt jedoch geografisch nur in wenigen wichtigen Lagerstätten konzentriert vor.

Häufigkeitsstatistiken

  • Erdkruste: 41.5 parts per million (ppm)
  • Rang: 27. häufigstes Element
  • Meerwasser: 2.8 × 10⁻⁶ ppm
  • Seltenerdengehalt: ~16% der gesamten Lanthanoide
  • Vergleich: Häufiger als Kupfer, Blei oder Zink

Primäre Erzlagerstätten

Bastnäsit

Chemische Formel: (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
Nd-Gehalt: 15-18%
Wichtigste Quelle der Welt: Bayan Obo (China), Mountain Pass (USA)

Monazit

Chemische Formel: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Nd-Gehalt: 12-16%
Vorkommen: Schwermineral-Strandsande, alluviale Lagerstätten

Ionenaustausch-Tone

Verwitterter Granit mit adsorbierten Seltenerdionen
Nd-Gehalt: Variabel, häufig 20-30% der gesamten REE
Einzigartig für: Südchina (Provinzen Jiangxi, Guangdong)

Globale Produktionslandschaft

China (85% des weltweiten Angebots):

  • Bayan Obo, Innere Mongolei: Größte Lagerstätte der Welt (3.5 Milliarden Tonnen Erz)
  • Ionenaustausch-Tone in Südchina: Hochgradig, leicht zu verarbeiten
  • Provinz Sichuan: Berglagerstätten mit komplexer Geologie

Übrige Welt (15% des Angebots):

  • Vereinigte Staaten: Mountain Pass, Kalifornien (2017 wiedereröffnet)
  • Australien: Mount-Weld-Projekt (Lynas Corporation)
  • Indien: Strandsandabbau in Kerala und Orissa
  • Brasilien: Araxa-Komplex, Minas Gerais
  • Russland: Kola-Halbinsel, verschiedene kleine Lagerstätten

Geologische Bildung

Neodym konzentriert sich durch mehrere geologische Prozesse:

  • Karbonatit-Komplexe: Tiefenmantel-abgeleitete, CO₂-reiche Schmelzen
  • Alkalische magmatische Intrusionen: Spätstadiale Differentiationsprozesse
  • Hydrothermale Systeme: Heiße Flüssigkeiten konzentrieren Seltene Erden
  • Verwitterungsprozesse: Bildung von Ionenaustausch-Tonen in tropischen Klimazonen

Sekundärgewinnung

Urban Mining: Rückgewinnung von Neodym aus Produkten am Ende ihrer Lebensdauer

  • Festplatten: 5-20 Gramm pro Gerät
  • Elektrofahrzeuge: 1-3 kg pro Fahrzeug
  • Windkraftanlagen: 200-600 kg pro Anlage
  • Audiogeräte: Unterschiedliche Mengen in Lautsprechern/Kopfhörern

Herausforderung: Die derzeitigen Recyclingquoten liegen aufgrund technischer und wirtschaftlicher Hindernisse unter 1%.

Strategische Bedeutung

Neodym wird von mehreren Regierungen aufgrund von Schwachstellen in den Lieferketten und seiner wesentlichen Rolle in sauberen Energietechnologien als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Die Konzentration der Produktion in China birgt geopolitische Risiken für die globalen Technologieindustrien.

Handhabung

Sicherheit

Sicherheitsinformationen

Mittleres bis hohes Gefahrenniveau

Neodym erfordert aufgrund starker magnetischer Gefahren, pyrophorer Metalleigenschaften und möglicher gesundheitlicher Auswirkungen von Verbindungen eine sorgfältige Handhabung.

Magnetische Sicherheitsgefahren – KRITISCH

EXTREME MAGNETISCHE GEFAHR: Neodymmagnete können schwere Verletzungen verursachen.

  • Quetschverletzungen: Magnete können mit einer Kraft von über 1000 Pfund zusammenschnappen
  • Risiko der Fingeramputation: Lassen Sie Magnete niemals auf Finger zuschnappen
  • Augenverletzungen: Umherfliegende Metallfragmente durch Magnetkollisionen
  • Gefahr für Herzschrittmacher: Starke Magnetfelder können medizinische Geräte stören
  • Schäden an Kreditkarten/Telefonen: Magnetfelder löschen Daten und beschädigen Elektronik

Brand- und chemische Gefahren

Neodymmetall: In fein verteilter Form hochpyrophor.

  • Selbstentzündung an der Luft – brennt bei 150°C (302°F)
  • Heftige Reaktion mit Wasser erzeugt Wasserstoffgas und Wärme
  • Unter Mineralöl oder inerter Atmosphäre (Argon/Stickstoff) lagern
  • Nur Feuerlöscher der Klasse D verwenden – niemals Wasser, CO₂ oder Standardlöscher

Gesundheitliche Atemwegsrisiken

  • Neodymstaub: Kann Atemwegsreizungen und Pneumokoniose verursachen
  • Magnetbearbeitung: Erzeugt gefährliche Metallpartikel
  • Beschichtungspartikel: Nickelbeschichtungen von Magneten können allergische Reaktionen verursachen
  • Schutz erforderlich: NIOSH-zugelassene Atemschutzmasken mit P100-Filtern

Verfahren zur sicheren Handhabung

Handhabung von Magneten:

  • Verwenden Sie stets nichtmagnetische Werkzeuge (Messing, Kunststoff, Holz)
  • Tragen Sie Schutzbrille und schnittfeste Handschuhe
  • Trennen Sie Magnete mit dicken Abstandshaltern (Holz/Kunststoff)
  • Lassen Sie Kinder niemals an Neodymmagnete gelangen
  • Halten Sie mindestens 6 Fuß Abstand zu Herzschrittmachern und medizinischen Geräten

Chemische Handhabung:

  • Verwenden Sie chemikalienbeständige Nitrilhandschuhe
  • Sorgen Sie bei allen Arbeiten für ausreichende Belüftung
  • Erden Sie alle Geräte, um statische Entladungen zu verhindern
  • Kein Rauchen oder offenes Feuer in Arbeitsbereichen

Notfallverfahren

Magnetverletzung

Versuchen Sie NICHT, Magnete zu trennen, die Körperteile quetschen. Suchen Sie sofort medizinische Nothilfe. Verwenden Sie nach Möglichkeit nichtmagnetische Abstandshalter.

Metallbrand

Verwenden Sie einen Feuerlöscher der Klasse D oder trockenen Sand. Evakuieren Sie den Bereich sofort. Niemals Wasser verwenden – es verursacht eine explosive Reaktion.

Einatmen

Begeben Sie sich sofort an die frische Luft. Achten Sie auf verzögert auftretende Atemwegssymptome. Suchen Sie bei anhaltenden Beschwerden ärztliche Hilfe.

Augenkontakt

Spülen Sie die Augen 15 Minuten lang mit sauberem Wasser. Prüfen Sie auf Metallpartikel. Suchen Sie sofort medizinische Hilfe.

Lagerung und Transport

  • Magnetlagerung: Individuelle Schaumstoffpolsterung, magnetisch abgeschirmte Behälter
  • Metalllagerung: Unter Mineralöl in versiegelten Behältern mit inerter Atmosphäre
  • Abstände: Magnete von Elektronik, Kreditkarten und medizinischen Geräten fernhalten
  • Transport: Besondere DOT-Versandanforderungen für magnetische Materialien

Warnung zu medizinischen Geräten

KRITISCH: Neodymmagnete können für Personen mit Herzschrittmachern, Insulinpumpen, Cochlea-Implantaten oder anderen magnetisch empfindlichen medizinischen Geräten tödlich sein. Halten Sie einen Mindestabstand von 6 Fuß ein.

Warnung zur Kindersicherheit

EXTREME GEFAHR: Kleine Neodymmagnete sind beim Verschlucken tödlich. Mehrere Magnete können sich durch die Darmwände hindurch anziehen und Perforation, Verstopfung und Tod verursachen. Halten Sie alle Neodymmagnete von Kindern unter 14 Jahren fern.

Schnelle Antworten

Neodym: häufige Fragen

What is Neodym?

Neodym (symbol Nd) is element 60 on the periodic table, a lanthanoid in period 6. The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Neodym?

Neodym's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁴ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 22, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Neodym?

Neodym melts at 1294 K (1020.9 °C) and boils at 3347 K (3073.9 °C).

What is the atomic mass of Neodym?

The standard atomic weight of Neodym is 144.242 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Neodym?

Neodym has a density of 7.01 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of neodym is about 7× heavier.

What is the electronegativity of Neodym?

Neodym has a Pauling electronegativity of 1.14. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered Neodym, and when?

Neodym was discovered in 1885 by Carl Auer von Welsbach. It is named after greek neos didymos, "new twin".

How common is Neodym on Earth?

Neodym makes up about 41.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.