Neodimium -structuur, eigenschappen, gebruik

Hij neodymium Het is een metaal dat tot de lantanide -serie hoort, van de zeldzame aardes, wiens chemisch symbool ND is (niet te verwarren met nb, het niobium). Het is een de meest reactieve en overvloedige metalen van de lanthaniden, in de korst van de aarde met een overvloed in de buurt van die van lood.

Het neodymium bevindt zich binnen de groep van de meest interessante en praktische lantaniden. Net als andere van hun leeftijdsgenoten, vormt u verbindingen die roze of paarse kleuringen vertonen, die glazen en keramiek kunnen kleuren die gevoelig zijn voor de invallende lichtbron; dat wil zeggen, ze veranderen van kleur, afhankelijk van welk licht hen verlicht.

Metallic Neodymium -monster opgeslagen in een glazen ampulle. Bron: Hi-Res Images ofChemical Elements/CC door (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)

We hebben een monster van metalen neodymium. Het moet worden opgeslagen onder een inerte atmosfeer, anders wordt het snel gecorrodeerd door de werking van zuurstof. Op zichzelf is neodymium geen metaal dat steekt, zoals bij koper of goud; Hun gemengde legeringen en kristallen hebben echter een enorme technologische impact.

In die zin is het neodymium synoniem met magneten, vanwege de beroemde neodymiummagneten, die de krachtigste ooit zijn gemaakt. Deze bestaan ​​uit een ND-FE-B-legering, wiens fysieke eigenschappen veel lijken op die van keramiek, en die een belangrijke plaats innemen in elektronische apparatuur Symphines.

Aan de andere kant zijn niet alleen neodymiummagneten bekend, maar ook hun lasers, gekenmerkt door hun groenachtige en heldere balken. De lasers met gemengde kristallen met neodymiumatomen hebben verschillende toepassingen: van het genezen van oppervlakkige wonden tot het activeren van fusiereacties.

[TOC]

Ontdekking

De ontdekking van het neodymium begon met de didimio, een mengsel van oxiden of lantanid zouten die in de negentiende eeuw ten onrechte een element werden beschouwd.

In 1885 zocht de Oostenrijkse chemicus Carl Auer von Welsbach een methode om de Didimio te breken, die tegen die tijd, en dankzij spectroscopische analyse, zijn samengestelde aard al bekend was.

Carl Welsbach voltooide zijn missie na zware fractionele kristallisaties van dubbele nitraat en ammoniumzouten, verkregen uit de metalen die aanwezig zijn in de Didimio: Neodymium en praseodimium.

Het zout van het neodymium was roze, terwijl dat van het prSeodimium, van groenachtige kleur. Zijn naam, 'Neodimio', wat 'nieuwe tweeling' betekent, afgeleid van de 'leer', omdat het de meest voorkomende fractie van de didimio was waarmee hij werkte.

Het kan u van dienst zijn: indolaleticzuur: structuur, eigenschappen, verkrijgen, gebruik

Chemische structuur van neodymium

De Neodymium -atomen, ND, interageren sterk met elkaar via de metalen link. Deze kracht, samen met de atomaire straal van ND, en de modus van zijn verpakking in drie dimensies, eindigt met het instellen van een compacte zeshoekige dubbele zeshoekige structuur (DHCP); zijn meest stabiele en dichte allotrope vorm.

Wanneer DHCP -metaalkristallen echter bij een temperatuur in de buurt van 863 ºC verwarmen, lijdt het neodymium een ​​faseovergang: de structuur ervan wordt getransformeerd naar een kubieke gecentreerd in het lichaam (BCC), die minder dicht is. Daarom kan neodymium bestaan ​​als twee allotrope vormen: DHCP en BCC.

Elektronische configuratie

Elektronische neodymiumconfiguratie

De verkorte elektronische configuratie voor het neodymium is als volgt:

[Xe] 6s² 4F⁴

Omdat het precies het vierde element van de Lantanide -serie is, is de elektronische vulling van zijn 4F -orbitalen niet in tegenspraak met de verwachte orde en vastgesteld door het AUFBAU -principe.

Neodimium -eigenschappen

Fysiek uiterlijk

Zilver en helder metaal, relatief kneedbare en aanzienlijke hardheid, vergelijkbaar met ijzer. Wanneer je het raakt, straalt het een tintineo uit die zich die van brons herinnert.

Atoomnummer

60

Molaire massa

144.242 g/mol

Smeltpunt

1024 ºC

Kookpunt

3074 ºC

Dikte

Bij kamertemperatuur: 7.01 g/cm³

Precies op het smeltpunt: 6.89 g/cm³

Oxidatietoestanden

Het neodymium kan deelnemen aan zijn verbindingen met 0 oxidatietoestanden (ND⁰, in legeringen), +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) en +4 (nd⁴⁺), Zijnde +3 als de meest stabiele en gemeenschappelijke van allemaal, zoals bij de andere lantaniden.

Elektronegativiteit

1.14 op de Pauling -schaal.

Ionisatie -energieën

Eerst: 533.1 kJ/mol (nd⁺ gasvormig)

Tweede: 1040 kJ/mol (nd²⁺ gasvormig)

Derde: 2130 kJ/mol (nd³⁺ gasvormig)

Magnetische volgorde

Paramagnetisch. Het wordt nauwelijks zwak aangetrokken door magneten. Wanneer u echter wordt aangedaan met ijzer- en booratomen, krijgt het magnetische verzadiging; dat wil zeggen, het bereikt een maximale toestand van magnetisatie, dus het zal een krachtige magneet zijn.

Bij een temperatuur onder 20 K wordt het neodymium een ​​antiferromagnetisch materiaal.

Reactiviteit en verbindingen

Het neodymium is een van de meest reactieve metalen van de lantanide -serie. Het moet worden opgeslagen uit het bereik van zuurstof, omdat het zijn oppervlak snel loopt, omdat het resulterende oxide wordt verbroken zonder het interieur van het metaal te beschermen tegen daaropvolgende oxidaties:

Kan u van dienst zijn: zwakke elektrolyten: concept, kenmerken, voorbeelden

4 e + 3 o₂ → 2 e₂OF₃

Deze oxidatie versnelt bij 150 ºC en verbrandt het neodymium met intensiteit.

Het reageert niet alleen snel met zuurstof, maar ook met zure stoffen, zoals zoutzuur, om waterstof af te geven en neodymiumzouten te produceren:

2 e + 6 HCl → 2 ndcl₃ + 3 H₂

De oplossingen van neodymiumverbindingen vertonen roze kleuren, een kenmerk dat ook wordt gezien in de Erbio, een andere lantanid. Wanneer ze echter worden verlicht met een fluorescerende lichtlamp, veranderen ze geel. Let op bijvoorbeeld de lagere afbeelding:

a) sulfaatoplossingen, nitraat en neodymiumchloride (III) onder zonlicht; b) dezelfde oplossingen maar verlicht met een compacte fluorescentielamp. Bron: W. Oelen/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)

De waterige oplossingen van de ND -zouten₂(SW₄))₃, Nd (nee₃))₃ en ndcl₃ Ze zijn roze of paars als ze zonlicht absorberen; Maar geelachtig of zelfs kleurloos (zie de nitraatoplossing) wanneer ze worden verlicht met een andere lichtbron, zoals een compacte fluorescentielamp.

Dit fenomeen is te wijten aan F-F-elektronische overgangen, waarvan de absorptiebanden interageren met die van het bestraalde licht.

Het verkrijgen van

Het neodymium wordt gevonden in de stollingsrotsen van de cortex van de aarde die veel mineralen integreert waar de lanthaniden overheersen. Onder deze mineralen vallen de Bastnasite en de Monacite op, waaronder al hun families of varianten ongeveer 10-18% van het exploiteerbare Neodymium bevatten. Daarom zijn de Bastnasita en het monaciet de belangrijkste mineralogische bronnen.

De ND -ionen³⁺ Ze moeten worden gescheiden van een matrix bestaande uit andere lanthanide -oxiden en andere onzuiverheden. Om dit te doen, worden ionenuitwisselingschromatografietechnieken en vloeistof-vloeistofextracties gebruikt.

Dit gedaan, en afhankelijk van het geselecteerde proces worden neodymiumionen verkregen als hun oxide of een van de halogeniden (NDX₃)).

Het oxide, nd₂OF₃, Het kan worden verminderd met metaal natrium in aanwezigheid van calciumchloride, zoals aangegeven in de volgende chemische vergelijking:

Nd₂OF₃ + 3 cacl₂+ 6 NA → 2 Nd + 3 Cao + 6 NaCl

Aan de andere kant, de NDCL₃ Het kan worden gereduceerd tot metaal neodymium door elektrolyse, of door een metaalotherme reductie met calcium als een reductiemiddel.

Gebruik/toepassingen

Fotografie

Neodymium -besproeid glas wordt gebruikt als een geel filter in de camera's.

Keramiek

Bollen gemaakt met neodymiumglas en verlicht door verschillende lichtbronnen. Bron: Scientific29/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)

Verkoop of neodymiumoxide worden gebruikt als additieven om glas of paarse kleuringen aan glas te bieden. Aan de andere kant hebben de bril van Neodymium ook de eigenaardigheid, zoals eerder vermeld, om verschillende kleuren te tonen, afhankelijk van het invallende licht, zoals te zien in de onderstaande afbeelding:

Kan u van dienst zijn: Arrhenius -vergelijking

Links toont de lamp een blauwachtige kleuring onder fluorescerend licht; Terwijl het aan de rechterkant is, verandert het in roze kleuring onder gloeilamp.

Aan de andere kant hebben de neodymium dopingbollen ook het kenmerk van het uitzenden van slimmere lichten, omdat ze geelachtige emissies absorberen.

Lasbril

De lass -glazen bevatten neodymium, dat intense natriumemissies absorbeert, waardoor de gloeilampengele flitsen worden geëlimineerd.

Lasers

Je wordt gereproduceerd met de ND-YAG-lasers worden gekenmerkt door hun aantrekkelijke groene kleur. Bron: Giorgio Brida van Torino, Italië/CC door (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/2.0)

Neodymiumoxide wordt gebruikt om het glas uit te rusten dat wordt gebruikt bij de constructie van hoge krachten, in staat om fusiereacties te initiëren.

De stralen van andere neodymium-lasers, zoals de ND: YAG (Neodymium-Gray of Ititrium en aluminium) zijn gebruikt voor de behandeling van huidkanker, lichaamshaarverwijdering en het snijden of boren van staal.

Magneten

Neodymium -magneetbollen voor zijn permanente en sterke magnetisatie. Bron: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)

Nd-fe-b (nd₂Vertrouwen₁₄B) en de hoge magnetisatie wordt gebruikt om krachtige magneten te maken. Dit zijn magneten bij uitstek, omdat ze de krachtigste ooit zijn gebouwd. Sommige nadelen hebben echter: in de puurste vorm verliezen ze hun magnetische eigenschappen bij hoge temperaturen, en ze zijn gemakkelijk te corroderen en gebroken.

Om dit ongemak op te lossen. Aldus worden neodymiummagneten gebruikt in elektrische generatoren voor wind- en windturbines, medische apparatuur, speelgoed, mobiele telefoons, microfoons, elektrische gitaren, enz.

Neodimium-magneten bestaan ​​uit de ND-FE-B-legering, die ook andere additieven bevat, die deel uitmaken van andere zeldzame aardmetalen. De kracht waarmee ze aantrekken is zodanig, dat het mogelijk is om ze te verzamelen om verschillende figuren te creëren, zoals de beeldcilinder hierboven.

Ook dienen deze magneten als hobby's voor degenen die hun trek van aantrekkingskracht tussen twee objecten willen bewijzen, waarmee ze worden geobserveerd hoe ze ze in het proces verpletteren. Zie bijvoorbeeld de volgende video:

Afhankelijk van de grootte, samenstelling en temperatuur, kunnen deze magneten zelfs gevaarlijk zijn, omdat ze enorme objecten naar hen toe zouden trekken die iemand zouden kunnen raken.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (vierde druk). MC Graw Hill.
2. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (2020). Neodymium. Hersteld van: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodymium. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
4. Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Lanthanides -serie detertie door verschillende analytische methoden. Wetenschappelijk.
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Neodymium -element Feiten. Hersteld van: chemicool.com
6. Sharma, r.NAAR. (1987). Neodymium -productieproces. Jom 39, 33-37. doen.org/10.1007/BF03259468