Неодим

Неодим был открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Он разделил дидим — смесь двух редкоземельных металлов, трудно разделяемую из-за чрезвычайной близости их химических свойств и ранее считавшуюся индивидуальным химическим элементом, на неодим и празеодим. Получить неодим в чистом виде, практически свободном от примесей празеодима, удалось лишь в 1925 году.

Название «неодим» (лат. Neodymium) представляет собой слияние двух греческих слов νέος «новый» и δίδυμος «близнец», что связано с историей открытия элемента[3].

Содержание неодима в земной коре (по разным данным) — 25—37 г/т, в воде океанов — 9,2⋅10⁻⁶ мг/л[4].

Полная электронная конфигурация атома неодима: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f⁴

Неодим — мягкий, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Природный неодим не радиоактивен. Парамагнетик.

Структура кристаллической решетки — двойная гексагональная плотноупакованная. Легко окисляется на воздухе.

Металлический неодим окисляется с поверхности на воздухе[5] и легко загорается при температуре около 150 °C с образованием оксида неодима(III), образующийся слой оксида отслаивается и массивный металл продолжает окисляться[5]:

${\displaystyle {\ce {4 Nd + 3 O2 -> 2 Nd2O3}}}$.

Неодим — довольно электроположительный элемент, он медленно реагирует с холодной водой, но достаточно быстро с горячей водой с образованием гидроксида неодима(III):

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 6 H2O -> 2 Nd(OH)3 + 3 H2 ^}}}$.

Металлический неодим бурно реагирует со всеми галогенами:

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 3 F2 -> 2 NdF3}}}$ (фиолетовый);

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 3 Cl2 -> 2 NdCl3}}}$ (лиловый);

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 3 Br2 -> 2 NdBr3}}}$ (фиолетовый);

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 3 I2 -> 2 NdI3}}}$ (зелёный)

Неодим растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием лиловых растворов, содержащих ионы Nd(III). В растворе ионы существуют в виде комплексов ${\displaystyle {\ce {[Nd (OH2)9]^{3+}}}}$[6]:

${\displaystyle {\ce {2 Nd + 3 H2SO4 -> 2 Nd^{3+}\ +\ 3 SO^{2-}4 + 3 H2}}}$.

Помимо соединений, где неодим проявляет валентность +3, известны соединения с валентностями +2 и +4.

Природный неодим состоит из семи изотопов: ¹⁴²Nd (27,2 %), ¹⁴³Nd (12,2 %), ¹⁴⁴Nd (23,8 %), ¹⁴⁵Nd (8,3 %), ¹⁴⁶Nd (17,2 %), ¹⁴⁸Nd (5,7 %), ¹⁵⁰Nd (5,6 %) — в скобках дано их содержание в природном неодиме. Из них пять стабильны, а два слаборадиоактивны: ¹⁴⁴Nd испытывает альфа-распад с периодом полураспада 2,38⋅10¹⁵ лет, а ¹⁵⁰Nd — двойной бета-распад с периодом полураспада 7⋅10¹⁸ лет. На 2003 год получен 31 искусственный нестабильный изотоп неодима с массовым числом в диапазоне от 124 до 161, также известны 13 метастабильных возбуждённых состояний его ядер[7].

Неодим при разделении редкоземельных элементов концентрируется вместе с лёгкими лантаноидами и выделяется вместе с празеодимом; смесь соединений Pr(III) и Nd(III) называют дидимом. Металлический неодим получают из безводных галогенидов электролизом их расплава или кальциетермическим восстановлением. Электролиз расплава NdF₃ или NdCl₃ (с добавками галогенидов Li, К, Са, Ва) ведут при 1000 °C и катодной плотности тока 4,7 А/см²; материал анода и катода — графит.

Цены на неодим чистотой 99—99,9 % в 2011 году составляли около 110 долларов США за 1 килограмм[8], в зависимости от применяемой технологии производства и страны-производителя, а также от конечной формы готового изделия и области его применения и использования.

В 2014 году цена неодима 99 % чистоты составляла примерно 70 долларов США за 1 кг[9]. За 2010-е годы цена на неодим выросла на 750 %[10].

Неодим — один из наиболее широко применяемых металлов из группы лантаноидов наряду с самарием, церием, лантаном и др.

Используется как компонент сплавов с алюминием и магнием для самолёто- и ракетостроения[3].

Очень важными областями применения неодима являются:

• легирование специальных конструкционных сплавов и сталей (модифицирование высококачественных сталей), неодим в виде добавки 1,5 % в полтора раза увеличивает прочность чистого титана и потому служит для его легирования.
• производство мощных постоянных магнитов (неодим-иттрий-кобальт, неодим-железо-бор),

Соединения неодима применяются в сельском хозяйстве (обработка семян с целью ускорения всхожести, урожайности).

Легирование неодимом значительно повышает прочность термоэлектрических материалов на основе теллуридов и селенидов висмута и сурьмы и повышает термо-ЭДС этих материалов. Имеется указание на то, что легирование неодимом термоэлектрических сплавов системы висмут-теллур-цезий также увеличивает их прочность, термо-ЭДС и временну́ю стабильность.

Оксид неодима применяется в качестве диэлектрика со сверхмалым коэффициентом линейного термического расширения и для производства неодимового стекла (см. ниже).

Фторид неодима применяется для получения высококачественных оптоволоконных световодов для волоконной оптики.

Теллурид неодима — очень хороший термоэлектрический материал и компонент термоэлектрических сплавов, которым придаёт повышенную прочность и улучшает электрофизические характеристики (термо-ЭДС около 170 мкВ/К).

• В нефтехимическом производстве, при изготовлении синтетического каучука СКД-НД служит катализатором (синтетический каучук дивиниловый на неодимовом катализаторе).

Как и многие другие редкоземельные металлы, элементарный неодим не играет значительной биологической роли в живых организмах.

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.

• Неодим на Webelements
• Неодим в Популярной библиотеке химических элементов