Neodym ist ein chemisches Element mit dem Symbol Nd und der Ordnungszahl 60. Es ist ein weiches, silbriges Metall, das an der Luft anläuft. Es wurde 1885 vom österreichischen Chemiker Carl Auer von Welsbach entdeckt. Der Stoff kommt in nennenswerten Mengen in Monazit-Sandvorkommen und im Mineral Bastnäsit vor.
Geschichte
Das Seltenerdmetall Neodym wurde 1885 vom österreichischen Chemiker Baron Karl Auer von Welsbach in Wien entdeckt. Der Wissenschaftler isolierte eine neue Substanz (sowie das Element Praseodym) aus einem als Didym bekannten Material durch fraktionierte Kristallisation von doppeltem Ammoniumnitrat-Tetrahydrat aus Salpetersäure, nachdem es durch spektroskopische Analyse getrennt wurde. Bis 1925 war es jedoch nicht möglich, das Element in seiner reinsten Form zu gewinnen.
Bis in die späten 1940er Jahre war die wichtigste kommerzielle Methode zur Herstellung von Metall die doppelte Kristallisation von Nitraten. Das Verfahren ist unwirksam, und die Menge der erh altenen Substanz war gering. Die Lindsay Chemical Division war die erste, die mit der großtechnischen Produktion von Neodym begannIonenaustausch-Reinigungsverfahren. Seit den 1950er Jahren wird das hochreine (über 99 %) Element hauptsächlich durch einen Ionenaustauschprozess aus seltenerdreichem Monazit durch Elektrolyse seiner Halogenidsalze hergestellt.
Gegenwärtig wird das meiste metallische Neodym aus Bastnäsit gewonnen. Fortschritte in der Technologie und die Entwicklung verbesserter Reinigungsmethoden haben dazu geführt, dass es in der Industrie weit verbreitet ist.
Beschreibung
Das chemische Element kommt in der Natur nicht in metallischer Form vor, es wird aus dem Stoff Didymium abgetrennt, in dem es mit anderen Lanthanoiden (insbesondere mit Praseodym) vermischt ist. Obwohl Neodym als Seltenerdmetall eingestuft wird, ist es ein ziemlich häufiges Element, das mindestens so häufig vorkommt wie Kob alt, Nickel oder Kupfer und in der Erdkruste weit verbreitet ist. Der Großteil der Substanz stammt aus China.
Neodym-Verbindungen wurden erstmals 1927 kommerziell als Glasfarbstoffe verwendet und sind nach wie vor ein beliebter Zusatz in Brillengläsern. Die Farbe von Neodym-Verbindungen hat aufgrund der Anwesenheit von Nd3+-Ionen oft einen rötlich-violetten Farbton, der jedoch je nach Art der Beleuchtung variiert.
Bewerbung
Ndodym-dotierte Linsen werden in Lasern verwendet, die Infrarotstrahlung mit Wellenlängen zwischen 1047 und 1062 Nanometern emittieren. Sie werden in Systemen mit extrem hoher Leistung eingesetzt, beispielsweise bei Experimenten zur TrägheitEindämmung.
Nd:Metall wird auch mit anderen Kristallen (z. B. Yttrium-Aluminium-Granat) in Nd:YAG-Lasern verwendet. Dieser Aufbau sendet typischerweise Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm aus. Er ist einer der am häufigsten verwendeten Festkörperlaser.
Eine weitere wichtige Verwendung von Neodym-Metall ist die Verstärkungskomponente in Legierungen, die zur Herstellung leistungsstarker, hochfester Permanentmagnete verwendet werden. Sie werden häufig in Produkten wie Mikrofonen, professionellen Lautsprechern, In-Ear-Kopfhörern, Hochleistungs-Gleichstrommotoren und Computerfestplatten verwendet, wo eine geringe magnetische Masse (Volumen) oder starke Magnetfelder erforderlich sind.
Große Neodym-Magnete werden in Hochleistungs- und Gewichtselektromotoren (z. B. Hybridautos) und Generatoren (z. B. elektrische Generatoren in Flugzeugen und Windparks) verwendet. Außerdem wird das Element verwendet, um einige Legierungen zu härten. Zum Beispiel wird Titan eineinhalb Mal stärker, wenn man nur 1,5 % dieser Substanz hinzufügt.
Physikalische Eigenschaften
Metallisches Neodym ist in klassischem Mischmetall (einer Legierung aus Seltenerdelementen) enth alten, wo seine Konzentration normalerweise in der Größenordnung von 18 % liegt. In seiner reinen Form hat das Element einen hellen silber-goldenen metallischen Glanz, oxidiert jedoch schnell an gewöhnlicher Luft. Eine Oxidschicht bildet sich und blättert ab, wodurch das Metall einer weiteren Oxidation ausgesetzt wird. Auf diese Weise,Zentimeter Probe des Stoffes innerhalb eines Jahres vollständig oxidiert.
Neodym existiert normalerweise in zwei allotropen Formen, mit einer Mitte-zu-Mitte-Umwandlung von einer doppelt hexagonalen kubischen Struktur. Es beginnt bei 1024°C zu schmelzen und bei 3074°C zu sieden. Die Stoffdichte in fester Phase beträgt 7,01 g/cm3, in flüssigem Zustand 6,89 g/cm3.
Atomeigenschaften:
- Oxidationszustand: +4, +3, +2 (basisches Oxid).
- Elektronegativität: 1, 14 (Umfrageskala).
- Wärmeleitfähigkeit: 16,5 W/(m·K).
- Ionisationsenergie: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radius eines Atoms: 181 Pikometer.
Chemische Eigenschaften
Metallisches Neodym läuft an der Luft langsam an und verbrennt leicht bei etwa 150 °C zu Neodym(III)-oxid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Dies ist ein elektropositives Element. Es reagiert langsam mit k altem Wasser, aber ziemlich schnell mit heißem Wasser und bildet Neodym(III)-Hydroxid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Das Metall reagiert heftig mit allen Halogenen, löst sich leicht in verdünnter Schwefelsäure unter Bildung von Lösungen, die das violette Nd(III)-Ion enth alten.
Produktion
Neodymmetall kommt in der Natur nie als freies Element vor. Es wird aus Erzen wie zBastnäsit und Monazit, in denen es mit anderen Lanthanoiden und anderen Elementen assoziiert ist. Die Hauptabbaugebiete für diese Mineralien liegen in China, den USA, Brasilien, Indien, Sri Lanka und Australien. Kleine Vorkommen wurden auch in Russland erkundet.
Die Reserven an Neodym werden auf etwa 8 Millionen Tonnen geschätzt. Seine Konzentration in der Erdkruste beträgt etwa 38 mg/kg, was nach Cer die zweithöchste unter den Seltenen Erden ist. Die Weltmetallproduktion beträgt etwa 7000 Tonnen. Der Hauptteil der Produktion gehört China. Die Regierung der Volksrepublik China erkannte das Element kürzlich als strategisch wichtig an und verhängte Beschränkungen für seinen Export, was in den Verbraucherländern einige Besorgnis auslöste und einen starken Anstieg des Preises für Neodym auf 500 $ provozierte. Heute liegt der durchschnittliche Preis pro Kilogramm reines Metall zwischen 300 und 350 US-Dollar, Neodymoxide sind billiger: 70 bis 130 US-Dollar.
Es gibt Fälle, in denen der Wert des Metalls aufgrund des illegalen Handels auf 40 $ gefallen ist, wodurch die Beschränkungen der chinesischen Regierung umgangen wurden. Preis- und Verfügbarkeitsunsicherheiten haben japanische Unternehmen dazu veranlasst, Permanentmagnete und verwandte Elektromotoren mit weniger oder keinen Seltenerdelementen zu entwickeln.
