Строение
Это не диаграмма 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 химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение неодим среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 181 pm — это 0,181 нм, поэтому около 2,76 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Неодим находится в жидком состоянии в диапазоне 2053 K — от 1294 K до 3347 K.
История
Элемент-магнит: магниты из неодима, железа и бора — самые сильные постоянные магниты из когда-либо созданных.
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 представляет собой два разных вещества.
Используя передовой метод спектроскопии, Welsbach анализировал свет, испускаемый нагретыми образцами дидимия. Спектральные линии показали несомненные свидетельства двух различных элементов, скрывавшихся на виду.
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.
Более 40 лет учёные изучали «дидимий», считая его одним элементом. Путаница началась в 1841 году, когда Carl Gustav Mosander впервые отделил его от 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 совершенной гармонии».
— Carl Auer von Welsbach, 1885
Барон Carl Auer von Welsbach был не только первооткрывателем, но и практическим изобретателем, чьи работы осветили мир:
Совершил революцию в газовом освещении, создав сетки из оксидов редкоземельных элементов и увеличив яркость в 6 раз
Разработал «кремни» из церий-железного сплава, которые до сих пор используются в сигаретных зажигалках
Усовершенствовал электрические лампы с помощью нитей из чистого вольфрама
Разделение неодима, выполненное Welsbach, положило начало применению систематической спектроскопии в сочетании с дробной кристаллизацией. Его методы стали золотым стандартом разделения редкоземельных элементов и повлияли на поколения аналитических химиков.
Открытие магнитных свойств неодима, приведшее к разработке постоянных магнитов
Учёные Sumitomo создают первые неодим-железо-борные магниты
Неодим становится критически важным для революции зелёной энергетики
Welsbach не мог представить, что его «новый близнец» станет необходимым для электромобилей и ветряных турбин, однако его тщательный научный подход заложил основу сегодняшней революции чистой энергетики. Каждый Tesla, бесшумно движущийся по шоссе, обязан своим существованием любознательности австрийского барона к спектральным линиям.
Применение
Неодим — «король магнитов» периодической таблицы, создающий самые сильные постоянные магниты, известные науке. Эти сверхмагниты меняют технологии — от смартфонов до ветряных турбин.
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:
Каждый электрический и гибридный автомобиль зависит от неодимовых магнитов:
Современные ветряные турбины невозможны без неодима:
Мировой рынок неодима превышает $2.5 billion annually и растёт на 8–10% в год, главным образом благодаря распространению электромобилей и развитию возобновляемой энергетики. Китай контролирует 85% мировых поставок, что создаёт значимые геополитические последствия.
Откуда он происходит
41,5 мг/кг земной коры · более распространён, чем 78% элементов
Неодим — второй по распространённости редкоземельный элемент после церия, однако его стратегическое значение намного превосходит его природную распространённость. Элемент критически важен для современной цивилизации, но географически сосредоточен в нескольких крупных месторождениях.
Химическая формула: (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
Содержание Nd: 15–18%
Основные источники в мире: Bayan Obo (Китай), Mountain Pass (США)
Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Nd: 12–16%
Встречается в: прибрежных песках с тяжёлыми минералами, аллювиальных отложениях
Выветрелый гранит с адсорбированными ионами редкоземельных элементов
Содержание Nd: изменчиво, часто 20–30% от общего содержания РЗЭ
Уникальны для: Южного Китая (провинции Jiangxi, Guangdong)
Неодим концентрируется в результате нескольких геологических процессов:
Городская добыча: извлечение неодима из отслуживших изделий
Проблема: текущие показатели переработки ниже 1% из-за технических и экономических барьеров.
Неодим классифицируется несколькими правительствами как «критически важный материал» из-за уязвимости цепочек поставок и его важной роли в технологиях чистой энергетики. Концентрация производства в Китае создаёт геополитические риски для мировой технологической отрасли.
Обращение
Неодим требует осторожного обращения из-за сильных магнитных опасностей, пирофорных свойств металла и возможного воздействия соединений на здоровье.
ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ МАГНИТНАЯ ОПАСНОСТЬ: неодимовые магниты могут причинить тяжёлые травмы.
Металлический неодим: чрезвычайно пирофорен в мелкодисперсном состоянии.
НЕ пытайтесь разъединить магниты, раздробившие части тела. Немедленно обратитесь за экстренной медицинской помощью. По возможности используйте немагнитные прокладки.
Используйте огнетушитель класса D или сухой песок. Немедленно покиньте помещение. Никогда не применяйте воду — это вызывает взрывную реакцию.
Немедленно выйдите на свежий воздух. Следите за отсроченными симптомами со стороны дыхательной системы. При сохраняющихся симптомах обратитесь к врачу.
Промывайте чистой водой в течение 15 минут. Проверьте наличие металлических частиц. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО: неодимовые магниты могут быть смертельно опасны для людей с кардиостимуляторами, инсулиновыми помпами, кохлеарными имплантами и другими чувствительными к магнитным полям медицинскими устройствами. Соблюдайте минимальное расстояние 6 футов.
ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ ОПАСНОСТЬ: маленькие неодимовые магниты смертельно опасны при проглатывании. Несколько магнитов могут притягиваться друг к другу через стенки кишечника, вызывая перфорацию, непроходимость и смерть. Держите все неодимовые магниты подальше от детей младше 14 лет.
Краткие ответы
Неодим (символ Nd) — элемент 60 в периодической таблице, представитель семейства лантаноид в 6 периоде. Элемент-магнит: магниты из неодима, железа и бора — самые сильные постоянные магниты из когда-либо созданных. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f⁴ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 22, 8, 2.Неодим плавится при 1294 K (1020.9 °C) и кипит при 3347 K (3073.9 °C).
Стандартная атомная масса Неодим составляет 144.242 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Неодим составляет 7.01 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Неодим примерно в 7× тяжелее.
Электроотрицательность Неодим по шкале Полинга составляет 1.14. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Неодим был открыт в 1885 году Carl Auer von Welsbach. Назван в честь греческое neos didymos, «новый близнец».
На долю Неодим приходится около 41.5 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.