60 Nd Неодим 144.242
Лантаноид f-block Period 6

Неодим

Nd · Element 60

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 144.242 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁴ 6s²

Строение

Атом неодим

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место неодим занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 7.01 g/cm³ 42%
Температура Плавления 1294 K 56%
Температура Кипения 3347 K 69%
Удельная теплоёмкость 0.19 J/g·K
Теплопроводность 16.5 W/m·K 42%

Атомные

Атомный Радиус 181 pm 69%
Ковалентный радиус 201 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 229 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.14 17%
Энергия ионизации 532.6 kJ/mol 11%
Сродство к Электрону 9.4 kJ/mol 9%

Распространённость

Распространённость в земной коре 41.5 mg/kg 78%

Идентификационные

СимволNd
Атомный номер60
Атомная масса144.242 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная
Степени окисления+3
Открытие1885
ПервооткрывательCarl Auer von Welsbach

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a неодим atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

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

Положение

Положение в таблице

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

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

All лантаноиды

История

Что такое неодим и как его обнаружили

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

The discovery of неодим

Хроника открытия

1885 — Австрийский прорыв

Carl Auer von Welsbach, выдающийся австрийский химик, сделал одно из важнейших открытий в химии редкоземельных элементов. Исследуя загадочный «дидимий», он предположил, что этот предполагаемый элемент на самом деле состоит из двух разных веществ.

Спектроскопическая революция

Используя передовой метод спектроскопии, Welsbach проанализировал свет, испускаемый нагретыми образцами дидимия. Спектральные линии выявили недвусмысленные свидетельства существования двух различных элементов.

Появление «нового близнеца»

После сотен кропотливых циклов кристаллизации Welsbach успешно разделил дидимий на два элемента. Второй он назвал «неодимом» — от греческого «neos didymos», что означает «новый близнец» и указывает на его связь с празеодимом.

Загадка дидимия

Более 40 лет учёные изучали «дидимий», считая его одним элементом. Путаница началась в 1841 году, когда Carl Gustav Mosander впервые выделил его из церия. Несколько химиков замечали несоответствия в свойствах дидимия, но Welsbach первым доказал их причину.

«С помощью спектроскопа дидимий раскрыл свою двойственную природу — то, что казалось одним элементом, на самом деле было двумя элементами, живущими в полной гармонии».

— Carl Auer von Welsbach, 1885

Welsbach: изобретатель и учёный

Барон Carl Auer von Welsbach был не только первооткрывателем, но и практическим изобретателем, чьи работы осветили мир:

Газовые калильные сетки

Совершил революцию в газовом освещении, создав сетки из оксидов редкоземельных элементов и увеличив яркость в 6 раз

Кремни для зажигалок

Разработал «кремни» из церий-железного сплава, которые до сих пор используются в зажигалках

Вольфрамовые нити

Усовершенствовал электрические лампы с помощью нитей из чистого вольфрама

Инновация научного метода

Выделение неодима Welsbach стало основой применения систематической спектроскопии в сочетании с дробной кристаллизацией. Его методы стали золотым стандартом разделения редкоземельных элементов и повлияли на поколения аналитических химиков.

Современное признание

1950s-1960s:

Обнаружены магнитные свойства неодима, что привело к разработке постоянных магнитов

1982:

Учёные Sumitomo создали первые неодим-железо-борные магниты

2000s-Present:

Неодим стал критически важным элементом революции зелёной энергетики

Долговечное наследие

Хотя Welsbach не мог представить, что его «новый близнец» станет необходимым для электромобилей и ветряных турбин, его скрупулёзный научный подход заложил основу современной революции чистой энергетики. Каждый Tesla, бесшумно движущийся по шоссе, обязан своим существованием любопытству австрийского барона к спектральным линиям.

Применение

Для чего используется неодим

Передовые промышленные применения

Неодим — «король магнитов» периодической таблицы, создающий самые сильные постоянные магниты, известные науке. Эти сверхмагниты революционизируют технологии — от смартфонов до ветряных турбин.

Сверхмагниты из неодима

Неодим-железо-борные (NdFeB) магниты в 10–18 раз сильнее традиционных ферритовых магнитов. Небольшой неодимовый магнит размером с монету может удерживать более 20 фунтов. Эти революционные магниты обеспечивают:

  • Революцию миниатюризации — создание меньших и более мощных устройств
  • Повышение энергоэффективности — двигатели, потребляющие на 40% меньше электроэнергии
  • Возобновляемую энергетику — практическое использование ветровой и солнечной энергии
  • Эволюцию транспорта — электромобили и высокоскоростные поезда

Революция электромобилей

Каждый электрический и гибридный автомобиль зависит от неодимовых магнитов:

  • Tesla Model S: содержит около 3 kg неодима в магнитах двигателя
  • Toyota Prius: использует 1–2 kg для двигателя и генератора
  • Nissan Leaf: неодимовые магниты в тяговом двигателе и вспомогательных системах
  • Электрические автобусы и грузовики: до 50 kg неодима на автомобиль

Инфраструктура возобновляемой энергетики

Современные ветряные турбины невозможны без неодима:

  • Морские ветряные турбины: 600–1000 kg неодима на турбину
  • Генераторы с прямым приводом: устраняют редукторы и повышают эффективность
  • Снижение потребности в обслуживании: магнитные подшипники не требуют смазки
  • Стабильность энергосети: магнитная левитация для передачи электроэнергии

Бытовая электроника

  • Динамики смартфонов: миниатюрные неодимовые магниты для чистого звучания
  • Жёсткие диски: приводные рычаги используют неодим для точного позиционирования
  • Наушники: высокое качество звука благодаря мощным магнитным излучателям
  • Электрические зубные щётки: магнитная муфта для водонепроницаемой работы

Медицинские технологии

  • МРТ-аппараты: неодимовые магниты для создания градиентов магнитного поля
  • Устройства магнитотерапии: применение для целевого лечения
  • Системы доставки лекарств: магнитные наночастицы для точной медицины
  • Стоматологическое оборудование: магнитные крепления для протезов

Промышленные применения

  • Магнитные сепараторы: горнодобывающие и перерабатывающие операции
  • Магнитные муфты: герметичные насосы и смесители
  • Магнитная левитация: высокоскоростные поезда и бесконтактные подшипники
  • Робототехника: точные приводы и датчики

Повседневные применения

Бытовые предметы

  • Уплотнители и защёлки дверей холодильников
  • Магнитные защёлки кухонных шкафов
  • Магнетроны микроволновых печей
  • Двигатели пылесосов
  • Насосы и клапаны стиральных машин
  • Приводы гаражных ворот

Аудиооборудование

  • Стереодинамики высокого класса
  • Профессиональные микрофоны
  • Педали sostenuto пианино
  • Звукосниматели электрогитар
  • Наушники с шумоподавлением
  • Bluetooth-колонки

Игры и развлечения

  • Вибрационные двигатели игровых контроллеров
  • Отслеживание положения VR-гарнитур
  • Силовая обратная связь игровых рулей
  • Приводы игровых автоматов
  • Тактильная обратная связь смартфонов

Инструменты и оборудование

  • Двигатели аккумуляторных дрелей
  • Магнитные держатели инструментов
  • Магнитные инструменты для извлечения предметов
  • Двигатели электрических газонокосилок
  • Магнитные измерительные устройства

Автомобили, кроме электромобилей

  • Двигатели электрических стеклоподъёмников
  • Двигатели регулировки сидений
  • Системы впрыска топлива
  • Датчики антиблокировочной тормозной системы
  • Насосы усилителя рулевого управления

Розничная торговля и коммерция

  • Магнитные противокражные метки
  • Ящики кассовых аппаратов
  • Защёлки витрин
  • Конвейерные системы
  • Сканеры для кассовых терминалов

Экономическое влияние

Мировой рынок неодима превышает $2.5 миллиарда в год и растёт на 8–10% ежегодно, главным образом благодаря распространению электромобилей и развитию возобновляемой энергетики. Китай контролирует 85% мировых поставок, что создаёт значительные геополитические последствия.

Перспективные применения

  • Квантовые вычисления: магнитные кубиты и системы управления
  • Космические технологии: системы позиционирования и ориентации спутников
  • Термоядерная энергетика: системы магнитного удержания для термоядерных реакторов
  • Hyperloop: магнитная левитация для сверхскоростного транспорта

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Распространение в природе

Неодим — второй по распространённости редкоземельный элемент после церия, однако его стратегическое значение намного превышает его природную распространённость. Элемент крайне важен для современной цивилизации, но географически сосредоточен в нескольких крупных месторождениях.

Статистика распространённости

  • Земная кора: 41.5 частей на миллион (ppm)
  • Позиция в рейтинге: 27-й по распространённости элемент
  • Океанская вода: 2.8 × 10⁻⁶ ppm
  • Содержание в редкоземельных элементах: около 16% от общего количества лантаноидов
  • Сравнение: более распространён, чем медь, свинец или цинк

Основные месторождения руд

Бастнезит

Химическая формула: (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
Содержание Nd: 15–18%
Основные мировые источники: Bayan Obo (Китай), Mountain Pass (США)

Монацит

Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Nd: 12–16%
Обнаруживается в: пляжных песках с тяжёлыми минералами, аллювиальных отложениях

Ионно-адсорбционные глины

Выветрелый гранит с адсорбированными ионами редкоземельных элементов
Содержание Nd: различается, часто 20–30% от общего содержания РЗЭ
Уникальны для: Южного Китая (провинции Цзянси и Гуандун)

География мирового производства

Китай (85% мировых поставок):

  • Bayan Obo, Внутренняя Монголия: крупнейшее в мире месторождение (3.5 миллиарда тонн руды)
  • Ионные глины Южного Китая: высокое содержание и простая переработка
  • Провинция Сычуань: горные месторождения со сложной геологией

Остальной мир (15% поставок):

  • Соединённые Штаты: Mountain Pass, Калифорния (возобновлено в 2017 году)
  • Австралия: проект Mount Weld (Lynas Corporation)
  • Индия: добыча пляжных песков в Керале и Ориссе
  • Бразилия: комплекс Araxa, Минас-Жерайс
  • Россия: Кольский полуостров, различные небольшие месторождения

Геологическое образование

Неодим концентрируется в результате нескольких геологических процессов:

  • Карбонатитовые комплексы: глубинные расплавы мантийного происхождения, богатые CO₂
  • Щелочные магматические интрузии: процессы дифференциации на поздних стадиях
  • Гидротермальные системы: горячие флюиды, концентрирующие редкоземельные элементы
  • Процессы выветривания: образование ионно-адсорбционных глин в тропическом климате

Вторичное извлечение

Городская добыча: извлечение неодима из отслуживших изделий

  • Жёсткие диски: 5–20 граммов на устройство
  • Электромобили: 1–3 kg на автомобиль
  • Ветряные турбины: 200–600 kg на турбину
  • Аудиооборудование: различные количества в динамиках и наушниках

Проблема: текущие показатели переработки ниже 1% из-за технических и экономических барьеров.

Стратегическое значение

Несколько правительств относят неодим к «критически важным материалам» из-за уязвимости цепочек поставок и его ключевой роли в технологиях чистой энергетики. Концентрация производства в Китае создаёт геополитические риски для мировой технологической отрасли.

Обращение

Безопасность

Информация о безопасности

От умеренного до высокого уровня опасности

Неодим требует осторожного обращения из-за мощных магнитных опасностей, пирофорных свойств металла и возможного воздействия его соединений на здоровье.

Магнитные опасности — КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО

ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ МАГНИТНАЯ ОПАСНОСТЬ: неодимовые магниты могут вызвать тяжёлые травмы.

  • Ущемление и раздробление: магниты могут соединиться с силой более 1000 фунтов
  • Риск ампутации пальцев: никогда не позволяйте магнитам резко притягиваться к пальцам
  • Травмы глаз: летящие металлические осколки при столкновении магнитов
  • Опасность для кардиостимуляторов: сильные магнитные поля могут нарушить работу медицинских устройств
  • Повреждение банковских карт и телефонов: магнитные поля стирают данные и повреждают электронику

Пожарная и химическая опасность

Металлический неодим: легко воспламеняется в тонкодисперсном состоянии.

  • Самопроизвольное воспламенение на воздухе — горит при 150°C (302°F)
  • Бурная реакция с водой сопровождается выделением водорода и тепла
  • Хранить под минеральным маслом или в инертной атмосфере (аргон/азот)
  • Использовать только огнетушитель класса D — никогда не применять воду, CO₂ или обычные огнетушители

Риски для дыхательной системы

  • Пыль неодима: может вызвать раздражение дыхательных путей и пневмокониоз
  • Механическая обработка магнитов: образует опасные металлические частицы
  • Частицы покрытия: никелевое покрытие магнитов может вызывать аллергические реакции
  • Необходимая защита: респираторы, одобренные NIOSH, с фильтрами P100

Правила безопасного обращения

Обращение с магнитами:

  • Всегда использовать немагнитные инструменты (латунь, пластик, дерево)
  • Носить защитные очки и перчатки с защитой от порезов
  • Разделять магниты толстыми прокладками (дерево/пластик)
  • Никогда не допускать детей к неодимовым магнитам
  • Держаться на расстоянии не менее 6 футов от кардиостимуляторов и медицинских устройств

Обращение с химическими веществами:

  • Использовать химически стойкие нитриловые перчатки
  • Обеспечить достаточную вентиляцию при любых операциях
  • Заземлить всё оборудование для предотвращения статического разряда
  • Не курить и не использовать открытое пламя в рабочих зонах

Действия в чрезвычайных ситуациях

Травма от магнита

НЕ пытайтесь разъединить магниты, раздавливающие части тела. Немедленно обратитесь за экстренной медицинской помощью. По возможности используйте немагнитные прокладки.

Пожар металла

Используйте огнетушитель класса D или сухой песок. Немедленно покиньте помещение. Никогда не используйте воду — это вызывает взрывоопасную реакцию.

Вдыхание

Немедленно выйдите на свежий воздух. Следите за отсроченными симптомами со стороны дыхательной системы. При сохраняющихся симптомах обратитесь за медицинской помощью.

Попадание в глаза

Промывайте чистой водой в течение 15 минут. Проверьте наличие металлических частиц. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.

Хранение и транспортировка

  • Хранение магнитов: индивидуальная пенная упаковка, контейнеры с магнитным экранированием
  • Хранение металла: под минеральным маслом в герметичных контейнерах с инертной атмосферой
  • Безопасное расстояние: держать магниты вдали от электроники, банковских карт и медицинских устройств
  • Транспортировка: специальные требования DOT к перевозке магнитных материалов

Предупреждение о медицинских устройствах

КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО: неодимовые магниты могут быть смертельно опасны для людей с кардиостимуляторами, инсулиновыми помпами, кохлеарными имплантами и другими медицинскими устройствами, чувствительными к магнитным полям. Соблюдайте минимальное расстояние 6 футов.

Предупреждение о безопасности детей

ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ ОПАСНОСТЬ: маленькие неодимовые магниты смертельно опасны при проглатывании. Несколько магнитов могут притягиваться через стенки кишечника, вызывая перфорацию, непроходимость и смерть. Храните все неодимовые магниты вдали от детей младше 14 лет.

Краткие ответы

Неодим: часто задаваемые вопросы

What is Неодим?

Неодим (symbol Nd) is element 60 on the periodic table, a лантаноид 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 Неодим?

Неодим'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 Неодим?

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

What is the atomic mass of Неодим?

The standard atomic weight of Неодим 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 Неодим?

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

What is the electronegativity of Неодим?

Неодим 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 Неодим, and when?

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

How common is Неодим on Earth?

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