60 Nd ネオジム 144.242
ランタノイド f-block Period 6

ネオジム

Nd · Element 60

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

20°Cでの状態 固体
原子量 144.242 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁴ 6s²

構造

ネオジム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてネオジムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 7.01 g/cm³ 42%
融点 1294 K 56%
沸点 3347 K 69%
比熱 0.19 J/g·K
熱伝導率 16.5 W/m·K 42%

原子

原子半径 181 pm 69%
共有結合半径 201 pm
ファンデルワールス半径 229 pm

電子

電気陰性度 1.14 17%
イオン化エネルギー 532.6 kJ/mol 11%
電子親和力 9.4 kJ/mol 9%

存在

地殻中の存在度 41.5 mg/kg 78%

同定

元素記号Nd
原子番号60
原子量144.242 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造六方晶系
酸化数+3
発見年1885
発見者Carl Auer von Welsbach

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a ネオジム atom?

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

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

ネオジム is liquid over a 2053 K window, from 1294 K to 3347 K.

位置

表での位置

ネオジム sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ランタノイド

All ランタノイド

物語

ネオジムとは何か、そしてどのように発見されたか

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

The discovery of ネオジム

発見の年代記

1885年-オーストリアの突破口

Carl Auer von Welsbachは、希土類化学における最も重要な発見の一つを成し遂げた、優れたオーストリアの化学者です。謎に包まれた「ジジミウム」を研究する中で、これまで一つの元素だと思われていた物質が、実際には二つの異なる物質ではないかと考えました。

分光学の革新

最先端の分光学を用いて、Welsbachは加熱したジジミウム試料が放つ光を分析しました。スペクトル線は、明白な形で隠れていた二つの異なる元素の存在をはっきりと示しました。

「新しい双子」の誕生

Welsbachは、何百回にも及ぶ綿密な晶析操作によって、ジジミウムを二つの元素に分離することに成功しました。二つ目の元素を、プラセオジムとの組み合わせを示す「新しい双子」という意味のギリシャ語「neos didymos」に由来して、「ネオジム」と名付けました。

ジジミウムの謎

40年以上にわたり、科学者たちは「ジジミウム」を一つの元素だと考えて研究していました。混乱が始まったのは1841年、Carl Gustav Mosanderが初めてジジミウムをセリウムから分離したときです。複数の化学者がジジミウムの性質に矛盾があることに気づいていましたが、その理由を証明したのはWelsbachが初めてでした。

「分光器を通すと、ジジミウムは二重の性質を明らかにした。一つに見えたものは、実際には完全な調和の中で共存する二つの元素だった。」

— Carl Auer von Welsbach、1885年

Welsbach:発明家であり科学者

Baron Carl Auer von Welsbachは単なる発見者ではなく、その仕事で世界を明るくした実用的な発明家でもありました。

ガスマントル

希土類酸化物からマントルを作り、明るさを6倍に高めてガス照明に革命をもたらしました

ライター用フリント

現在も使われているセリウム・鉄合金の「フリント」を開発しました

タングステンフィラメント

純タングステンのフィラメントによって電球を改良しました

科学的方法の革新

Welsbachによるネオジムの分離は、系統的な分光学と分別晶析を組み合わせた手法の先駆けとなりました。彼の方法は希土類元素分離の基準となり、何世代もの分析化学者に影響を与えました。

現代における評価

1950年代~1960年代:

ネオジムの磁気的性質が発見され、永久磁石の開発につながりました

1982年:

Sumitomoの科学者が初のネオジム・鉄・ホウ素磁石を作りました

2000年代~現在:

ネオジムはグリーンエネルギー革命に不可欠な元素となりました

残された功績

Welsbachは、自分の「新しい双子」が電気自動車や風力タービンに不可欠な存在になるとは想像もできなかったでしょう。しかし、彼の綿密な科学的アプローチは、今日のクリーンエネルギー革命の基礎を築きました。高速道路を静かに走るすべてのTeslaは、スペクトル線に興味を抱いたオーストリアの男爵の好奇心によって存在しているのです。

用途

ネオジムの用途

高度な産業用途

ネオジムは周期表の「磁石の王様」であり、科学で知られている中で最も強力な永久磁石を作ります。これらの超強力磁石は、スマートフォンから風力タービンまで、技術に大きな変革をもたらしています。

ネオジム超強力磁石

ネオジム・鉄・ホウ素(NdFeB)磁石は、従来のフェライト磁石の10~18倍の強さがあります。硬貨ほどの小さなネオジム磁石でも、20ポンドを超える重さを支えられます。これらの革新的な磁石は、次のような技術を可能にします。

  • 小型化の革新-機器をより小型かつ高性能にする
  • エネルギー効率の向上-電力消費を40%削減するモーター
  • 再生可能エネルギー-実用的な風力発電と太陽光発電を可能にする
  • 輸送の進化-電気自動車と高速鉄道

電気自動車の革新

すべての電気自動車とハイブリッド車は、ネオジム磁石に依存しています。

  • Tesla Model S:モーター磁石に約3 kgのネオジムを含みます
  • Toyota Prius:モーターと発電機に1~2 kgを使用します
  • Nissan Leaf:駆動モーターと付属部品にネオジム磁石を使用します
  • 電気バスと電気トラック:1台あたり最大50 kgのネオジムを使用します

再生可能エネルギーの基盤

現代の風力タービンは、ネオジムなしには実現できません。

  • 洋上風力タービン:1基あたり600~1000 kgのネオジム
  • ダイレクトドライブ発電機:ギアボックスをなくし、効率を高めます
  • 保守の削減:磁気軸受は潤滑を必要としません
  • 送電網の安定性:電力伝送に磁気浮上を利用します

民生用電子機器

  • スマートフォンのスピーカー:明瞭な音を出す小型ネオジム磁石
  • ハードディスクドライブ:アクチュエータアームが正確な位置決めにネオジムを使用します
  • ヘッドホン:強力な磁気ドライバーによる高品質な音声
  • 電動歯ブラシ:防水動作のための磁気カップリング

医療技術

  • MRI装置:磁場勾配を作るネオジム磁石
  • 磁気治療装置:対象を絞った治療への応用
  • 薬物送達システム:精密医療のための磁性ナノ粒子
  • 歯科機器:義歯用の磁気アタッチメント

産業用途

  • 磁気分離機:採鉱やリサイクル作業
  • 磁気カップリング:漏れのないポンプとミキサー
  • 磁気浮上:高速鉄道と非接触軸受
  • ロボット工学:高精度のアクチュエータとセンサー

日常的な用途

家庭用品

  • 冷蔵庫のドアシールと閉鎖部品
  • キッチンキャビネットの磁気ラッチ
  • 電子レンジのマグネトロン
  • 掃除機のモーター
  • 洗濯機のポンプとバルブ
  • ガレージドアオープナー

音響機器

  • 高級ステレオスピーカー
  • プロ用マイク
  • ピアノのソステヌートペダル
  • エレキギターのピックアップ
  • ノイズキャンセリングヘッドホン
  • Bluetoothスピーカー

ゲームとエンターテインメント

  • ビデオゲームコントローラーの振動モーター
  • VRヘッドセットの位置追跡
  • ゲーム用ステアリングホイールのフォースフィードバック
  • アーケードゲーム機のアクチュエータ
  • スマートフォンの触覚フィードバック

ツールと機器

  • コードレスドリルのモーター
  • 磁気ツールホルダー
  • 磁気ピックアップツール
  • 電動芝刈り機のモーター
  • 磁気測定装置

自動車(EV以外)

  • パワーウィンドウのモーター
  • シート調整モーター
  • 燃料噴射システム
  • ABSブレーキセンサー
  • パワーステアリングポンプ

小売・商業

  • 磁気セキュリティタグ
  • レジの引き出し
  • 展示ケースのラッチ
  • コンベヤーベルトシステム
  • POSスキャナー

経済的影響

世界のネオジム市場は年間$2.5 billionを超え、電気自動車の普及と再生可能エネルギーの拡大を主な要因として、年8~10%の割合で成長しています。中国が世界供給量の85%を支配しており、地政学的に大きな影響を生み出しています。

新たな用途

  • 量子コンピューティング:磁気量子ビットと制御システム
  • 宇宙技術:衛星の位置決め・姿勢制御システム
  • 核融合エネルギー:核融合炉用の磁気閉じ込めシステム
  • ハイパーループ:超高速輸送のための磁気浮上

由来

天然での存在

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

自然分布

ネオジムはセリウムに次いで2番目に存在度の高い希土類元素ですが、その戦略的重要性は自然界での存在度をはるかに上回ります。この元素は現代文明に不可欠である一方、地理的には少数の主要鉱床に集中しています。

存在度の統計

  • 地殻:41.5 ppm
  • 順位:存在度が27番目に高い元素
  • 海水:2.8 × 10⁻⁶ ppm
  • 希土類元素中の割合:ランタノイド全体の約16%
  • 比較:銅、鉛、亜鉛よりも存在度が高い

主な鉱床

バストネサイト

化学式:(Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
Nd含有量:15~18%
世界の主な供給源:Bayan Obo(中国)、Mountain Pass(米国)

モナズ石

化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
Nd含有量:12~16%
産出場所:重鉱物を含む海浜砂、沖積鉱床

イオン吸着型粘土

希土類イオンを吸着した風化花こう岩
Nd含有量:変動しますが、総REEの20~30%であることが多いです
固有の産地:中国南部(江西省、広東省)

世界の生産状況

中国(世界供給量の85%):

  • 内モンゴルのBayan Obo:世界最大の鉱床(鉱石35億トン)
  • 中国南部のイオン吸着型粘土:高品位で処理が容易
  • 四川省:複雑な地質をもつ山岳鉱床

その他の地域(供給量の15%):

  • 米国:California州のMountain Pass(2017年に操業再開)
  • オーストラリア:Mount Weldプロジェクト(Lynas Corporation)
  • インド:Kerala州とOrissa州の海浜砂採掘
  • ブラジル:Minas Gerais州のAraxa複合鉱床
  • ロシア:Kola Peninsulaの複数の小規模鉱床

地質学的形成

ネオジムは複数の地質過程によって濃集します。

  • カーボナタイト複合岩体:CO₂に富む、深部マントル由来の溶融物
  • アルカリ火成岩の貫入:後期の分化過程
  • 熱水系:希土類元素を濃集する高温流体
  • 風化過程:熱帯気候におけるイオン吸着型粘土の形成

二次回収

都市鉱山:使用済み製品からネオジムを回収すること

  • ハードディスクドライブ:1台あたり5~20 g
  • 電気自動車:1台あたり1~3 kg
  • 風力タービン:1基あたり200~600 kg
  • 音響機器:スピーカーやヘッドホンにさまざまな量

課題:技術的・経済的な障壁により、現在のリサイクル率は1%未満です。

戦略的重要性

ネオジムは、サプライチェーンの脆弱性とクリーンエネルギー技術における不可欠な役割を理由に、複数の政府から「重要原材料」に分類されています。生産が中国に集中しているため、世界の技術産業に地政学的リスクが生じています。

取り扱い

安全性

安全情報

中~高レベルの危険性

ネオジムは、強力な磁気による危険、発火性金属としての性質、化合物による健康影響の可能性があるため、慎重に取り扱う必要があります。

磁気による安全上の危険-重要

極めて危険な磁力:ネオジム磁石は重傷を引き起こす可能性があります。

  • 挟圧・圧挫傷:磁石は1000ポンド以上の力で互いに吸着します
  • 指の切断リスク:磁石を指に吸着させてはいけません
  • 眼の負傷:磁石同士の衝突で金属片が飛散します
  • ペースメーカーへの危険:強い磁場が医療機器の動作を妨げる可能性があります
  • クレジットカード・携帯電話の損傷:磁場がデータを消去し、電子機器を損傷させます

火災と化学的危険

ネオジム金属:微細な粉末状では非常に発火しやすい性質があります。

  • 空気中で自然発火し、150°C(302°F)で燃焼します
  • 水と激しく反応し、水素ガスと熱を発生します
  • 鉱油中または不活性雰囲気(アルゴン/窒素)中で保管します
  • D級火災専用です。水、CO₂、一般的な消火器は決して使用しないでください

呼吸器への健康上の懸念

  • ネオジム粉じん:呼吸器刺激やじん肺を引き起こす可能性があります
  • 磁石の機械加工:危険な金属粒子を発生させます
  • コーティング粒子:磁石のニッケルめっきがアレルギー反応を引き起こす可能性があります
  • 保護具の必要性:NIOSH承認のP100フィルター付き呼吸用保護具

安全な取り扱い手順

磁石の取り扱い:

  • 必ず非磁性工具(真ちゅう、プラスチック、木材)を使用します
  • 安全眼鏡と耐切創手袋を着用します
  • 厚いスペーサー(木材/プラスチック)で磁石を分離します
  • 子どもにネオジム磁石を触らせてはいけません
  • ペースメーカーや医療機器から6フィート以上離します

化学物質の取り扱い:

  • 耐薬品性のニトリル手袋を使用します
  • すべての作業で十分な換気を確保します
  • 静電気放電を防ぐため、すべての機器を接地します
  • 作業区域では喫煙や裸火を禁止します

緊急時の手順

磁石による負傷

身体の一部を挟んでいる磁石を分離しようとしてはいけません。直ちに救急医療機関の助けを求めてください。可能であれば非磁性スペーサーを使用します。

金属火災

D級消火器または乾燥砂を使用します。直ちに区域から避難してください。水は決して使用しないでください。爆発的な反応を引き起こします。

吸入

直ちに新鮮な空気の場所へ移動します。遅れて現れる呼吸器症状を観察します。症状が続く場合は医師の診察を受けてください。

眼への接触

15分間、きれいな水で洗い流します。金属粒子がないか確認します。直ちに医師の診察を受けてください。

保管と輸送

  • 磁石の保管:個別の発泡材による緩衝、磁気シールド容器
  • 金属の保管:密閉された不活性雰囲気容器内で鉱油に浸します
  • 分離距離:磁石を電子機器、クレジットカード、医療機器から離します
  • 輸送:磁性材料の輸送に関するDOTの特別要件

医療機器に関する警告

重要:ネオジム磁石は、ペースメーカー、インスリンポンプ、人工内耳、その他の磁気に敏感な医療機器を使用している人にとって致命的となる可能性があります。最低6フィートの距離を保ってください。

子どもの安全に関する警告

極めて危険:小さなネオジム磁石は、飲み込むと命に関わります。複数の磁石が腸壁を挟んで引き合い、穿孔、閉塞、死亡を引き起こす可能性があります。14歳未満の子どもから、すべてのネオジム磁石を遠ざけてください。

簡単な回答

ネオジム:よくある質問

What is ネオジム?

ネオジム (symbol Nd) is element 60 on the periodic table, a ランタノイド 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 ネオジム?

ネオジム'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 ネオジム?

ネオジム melts at 1294 K (1020.9 °C) and boils at 3347 K (3073.9 °C).

What is the atomic mass of ネオジム?

The standard atomic weight of ネオジム 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 ネオジム?

ネオジム has a density of 7.01 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of ネオジム is about 7× heavier.

What is the electronegativity of ネオジム?

ネオジム 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 ネオジム, and when?

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

How common is ネオジム on Earth?

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