What is 钕?
钕 (symbol Nd) is element 60 on the periodic table, a 镧系元素 in period 6. The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made. At room temperature it is a solid.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示钕在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 181 pm — that is 0.181 nm, so about 2762 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
钕 is liquid over a 2053 K window, from 1294 K to 3347 K.
故事
The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made.
Carl Auer von Welsbach这位杰出的奥地利化学家,取得了稀土化学领域最重要的发现之一。在研究神秘的“didymium”时,他怀疑这个所谓的元素实际上是两种不同的物质。
Welsbach使用前沿的光谱学技术,分析受热didymium样品发出的光。光谱线明确揭示了两个截然不同的元素隐藏其中。
经过数百次艰苦的结晶循环,Welsbach成功将didymium分离成两种元素。他以希腊语“neos didymos”为词源,将第二种元素命名为“neodymium”,意为“新双胞胎”,指的是它与镨的伙伴关系。
40多年来,科学家一直研究“didymium”,相信它是一种单独的元素。1841年,Carl Gustav Mosander首次将其从铈中分离出来,由此开始了这场混淆。多位化学家注意到didymium性质上的不一致,但Welsbach首次证明了其中的原因。
“通过光谱仪,didymium展现了它的双重本质——看似一个元素的东西,实际上是两个和谐共存的元素。”
— Carl Auer von Welsbach,1885年
Baron Carl Auer von Welsbach不仅是一位发现者,还是一位让世界更加明亮的实用发明家:
用稀土氧化物制作纱罩,使亮度提高6倍,革新了煤气照明
发明铈铁合金“打火石”,至今仍用于香烟打火机
用纯钨灯丝改进电灯泡
Welsbach将系统光谱学与分步结晶相结合,开创了钕的分离方法。他的方法成为稀土元素分离的黄金标准,并影响了几代分析化学家。
发现钕的磁性,推动永磁体的发展
Sumitomo的科学家制造出第一批钕铁硼磁体
钕成为绿色能源革命的关键材料
Welsbach不可能想象,他的“新双胞胎”会成为电动汽车和风力涡轮机不可或缺的材料;但他严谨的科学方法为今天的清洁能源革命奠定了基础。每一辆在公路上静默行驶的Tesla,都源于一位奥地利男爵对光谱线的好奇。
应用
钕是元素周期表中的“磁铁之王”,能够制造科学界已知最强的永磁体。这些超级磁体正在推动从智能手机到风力涡轮机等领域的技术革新。
钕铁硼(NdFeB)磁体的强度是传统铁氧体磁体的10-18倍!一块硬币大小的钕磁体就能支撑超过20磅。这些革命性的磁体使以下应用成为可能:
每一辆电动汽车和混合动力汽车都依赖钕磁体:
没有钕,现代风力涡轮机将无法实现:
全球钕市场年规模超过$2.5 billion,并以每年8-10%的速度增长,主要受电动汽车普及和可再生能源扩张推动。中国控制着全球85%的供应,造成了重大的地缘政治影响。
来源
41.5 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 78% of elements
钕是继铈之后丰度第二高的稀土元素,但其战略重要性远远超过其自然丰度。该元素对现代文明至关重要,但地理分布集中在少数几个关键矿床中。
化学式:(Ce,La,Nd,Pr)CO₃F
钕含量:15-18%
世界主要来源:白云鄂博(中国)、芒廷帕斯(美国)
化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
钕含量:12-16%
发现于:重矿物海滩砂、冲积矿床
吸附了稀土离子的风化花岗岩
钕含量:可变,通常占稀土总量的20-30%
独特分布于:中国南部(江西、广东省)
钕通过多种地质过程富集:
城市采矿:从报废产品中回收钕
挑战:由于技术和经济障碍,目前回收率低于1%。
由于供应链脆弱性以及在清洁能源技术中的关键作用,多个政府将钕列为“关键材料”。生产集中在中国,为全球科技产业带来了地缘政治风险。
处理
由于强磁性危害、金属的易燃性质以及化合物可能造成的健康影响,钕需要谨慎处理。
极度磁性危险:钕磁体可能造成严重伤害!
钕金属:细分状态下具有高度自燃性!
不要尝试分离挤压身体部位的磁体。立即寻求紧急医疗救助。如有可能,使用非磁性垫片。
使用D类灭火器或干砂。立即疏散现场。绝不能使用水——会引起爆炸性反应!
立即转移到新鲜空气处。留意延迟出现的呼吸道症状。如影响持续,请就医。
用清水冲洗15分钟。检查是否有金属颗粒。立即就医。
关键警告:钕磁体可能对装有心脏起搏器、胰岛素泵、人工耳蜗或其他磁敏感医疗设备的人造成致命危险。保持至少6英尺的间隔距离。
极度危险:吞下小型钕磁体可能致命。多个磁体可隔着肠壁相互吸引,导致穿孔、梗阻和死亡。让所有钕磁体远离14岁以下儿童。
快速回答
钕 (symbol Nd) is element 60 on the periodic table, a 镧系元素 in period 6. The magnet element: neodymium-iron-boron magnets are the strongest permanent magnets ever made. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f⁴ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 22, 8, 2 electrons respectively.钕 melts at 1294 K (1020.9 °C) and boils at 3347 K (3073.9 °C).
The standard atomic weight of 钕 is 144.242 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
钕 has a density of 7.01 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钕 is about 7× heavier.
钕 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.
钕 was discovered in 1885 by Carl Auer von Welsbach. It is named after greek neos didymos, "new twin".
钕 makes up about 41.5 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.