ネオジムとは何ですか?
ネオジム(記号Nd)は周期表の元素60で、6周期のランタノイドです。 磁石の元素です。ネオジム・鉄・ホウ素磁石は、これまでに作られた最も強力な永久磁石です。 室温では固体です。
構造
リング上の点の図ではありません — 占有されている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。
測定値
各バーは、その性質についてネオジムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。
大きさ、実寸比
半径181 pmです。これは0.181 nmなので、約2.76百万個を横に並べると1ミリメートルになります。
熱範囲
ネオジムは、1294 Kから3347 Kまでの2053 Kの範囲で液体です。
物語
磁石の元素です。ネオジム・鉄・ホウ素磁石は、これまでに作られた最も強力な永久磁石です。
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。謎めいた「ジジミウム」を調べる中で、この元素は実際には2種類の異なる物質ではないかと考えました。
最先端技術である分光法を使い、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、明白な状態で隠れていた2つの異なる元素の確かな証拠を示しました。
何百回もの入念な結晶化を経て、Welsbachはジジミウムを2つの元素に分離することに成功しました。彼は2番目の元素を、ギリシャ語の「neos didymos」にちなみ「ネオジム」と名付けました。これは「新しい双子」を意味し、プラセオジムとの組み合わせを表しています。
40年以上にわたり、科学者たちは「ジジミウム」を単一の元素だと考えて研究していました。混乱は1841年、Carl Gustav Mosanderが初めてセリウムから分離したときに始まりました。複数の化学者がジジミウムの性質の矛盾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ました。一つに見えたものは、実際には完全な調和の中に生きる二つの元素だったのです。」
— Carl Auer von Welsbach, 1885
Baron Carl Auer von Welsbachは単なる発見者ではなく、その仕事で世界を照らした実用的な発明家でもありました。
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
現在もたばこ用ライターで使われるセリウム・鉄合金の「フリント」を開発しました
純タングステンフィラメントによって電球を改良しました
Welsbachによるネオジムの分離は、系統的な分光法と分別結晶化の組み合わせを先駆けるものでした。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。
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
Sumitomoの科学者が初のネオジム・鉄・ホウ素磁石を作りました
ネオジムはグリーンエネルギー革命に不可欠になりました
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になるとは想像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男爵の好奇心に、その存在を負っています。
用途
ネオジムは周期表の「磁石の王」であり、科学上知られている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、技術に革命をもたらしています。
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倍の強さです。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、次の用途を可能にします。
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。
現代の風力タービンは、ネオジムなしでは実現できません。
世界のネオジム市場は年間$2.5 billion(25億ドル)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原動力として、年8~10%成長しています。世界供給の85%を中国が支配しており、重大な地政学的影響を生み出しています。
起源
地殻に41.5 mg/kg存在し、78%の元素より存在度が高い
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すが、地理的には少数の主要鉱床に集中しています。
化学式: (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
Nd含有量: 15~18%
世界の主な供給源: Bayan Obo(China)、Mountain Pass(USA)
化学式: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Nd含有量: 12~16%
産出場所: 重鉱物海浜砂、沖積鉱床
希土類イオンを吸着した風化花こう岩
Nd含有量: 可変、REE総量の20~30%であることが多い
特有の産地: 中国南部(Jiangxi、Guangdong provinces)
ネオジムは複数の地質過程によって濃集します。
都市鉱山: 使用済み製品からネオジムを回収します
課題: 技術的・経済的障壁により、現在のリサイクル率は1%未満です。
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のため、複数の政府から「重要材料」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
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、慎重な取り扱いが必要です。
極めて危険な磁気: ネオジム磁石は重傷を引き起こす可能性があります。
ネオジム金属: 微細な粉末になると非常に発火しやすくなります。
身体の一部を挟んでいる磁石を無理に分離しないでください。直ちに救急医療を受けてください。可能であれば非磁性スペーサーを使用します。
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。水は爆発的な反応を起こすため、絶対に使用しないでください。
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。影響が続く場合は医師の診察を受けてください。
清浄な水で15分間洗い流します。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。
重大: 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、その他の磁気感受性医療機器を使用する人にとって致命的となる可能性があります。最低6フィートの離隔距離を保ってください。
極めて危険: 小さなネオジム磁石は、飲み込むと死に至る可能性があります。複数の磁石が腸壁越しに引き合い、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(記号Nd)は周期表の元素60で、6周期のランタノイドです。 磁石の元素です。ネオジム・鉄・ホウ素磁石は、これまでに作られた最も強力な永久磁石です。 室温では固体です。
[Xe] 4f⁴ 6s²で、2, 8, 18, 22, 8, 2という分布の電子殻が6個あります。ネオジムの融点は1294 K(1020.9 °C)、沸点は3347 K(3073.9 °C)です。
ネオジムの標準原子量は144.242 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。
ネオジムの密度は7.01 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、ネオジムの塊は約7倍重いです。
ネオジムのポーリング電気陰性度は1.14です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。
ネオジムは1885年にCarl Auer von Welsbachによって発見されました。 ギリシャ語のneos didymos、「新しい双子」にちなんで名付けられました。
地球の地殻におけるネオジムの割合は約41.5 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。