| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Другие имена Трихлорид неодима | |||
| Идентификаторы | |||
| |||
3D модель ( JSmol ) | |||
| ChemSpider | |||
| ECHA InfoCard | 100.030.016  | ||
PubChem CID | |||
| UNII | |||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| |||
| |||
| Характеристики | |||
| NdCl 3 , NdCl 3 · 6H 2 O (гидрат) | |||
| Молярная масса | 250,598 г / моль | ||
| Внешность | лиловый порошок гигроскопичный | ||
| Плотность | 4,13 г / см 3 (2,282 для гидрата) | ||
| Температура плавления | 758 ° С (1396 ° F, 1031 К) | ||
| Точка кипения | 1600 ° С (2910 ° F, 1870 К) | ||
| 0,967 кг / л при 13 ° C | |||
| Растворимость в этаноле | 0,445 кг / л | ||
| Структура | |||
| гексагональный ( тип UCl 3 ), hP8 | |||
| П6 3 / м, № 176 | |||
| Треугольная треугольная призматическая (девятикоординатная) | |||
| Опасности | |||
| Паспорт безопасности | Внешний паспорт безопасности материала | ||
| Родственные соединения | |||
Другие анионы | Бромид неодима (III) Оксид неодима (III) | ||
Другие катионы | LaCl 3 , SmCl 3 , PrCl 3 , EuCl 3 , CeCl 3 , GdCl 3 , TbCl 3 , хлорид прометия (III) | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
 проверить ( что есть ?)  | |||
| Ссылки на инфобоксы | |||
_2.png)
Хлорид неодима (III) или трихлорид неодима представляет собой химическое соединение неодима и хлора с формулой NdCl 3 . Это безводное соединение представляет собой лиловый цвет твердого вещества , которое быстро поглощает воду под воздействие воздуха , чтобы сформировать пурпурный цвет гекса гидрата , NdCl 3 · 6H 2 O. неодим хлорида (III) получает из минералов монацита и бастназят с помощью сложной многоступенчатой экстракции процесс. Хлорид имеет несколько важных применений в качестве промежуточного химического вещества для производства металлического неодима и лазеров на его основе.и оптические волокна. Другие применения включают катализатор в органическом синтезе и разложении загрязненных сточных вод, защиту алюминия и его сплавов от коррозии и флуоресцентную маркировку органических молекул ( ДНК ).
Внешний вид [ править ]
NdCl 3 представляет собой гигроскопичное твердое вещество розовато-лилового цвета , цвет которого меняется на фиолетовый при поглощении атмосферной воды. Полученный гидрат, как и многие другие соли неодима , обладает тем интересным свойством, что при флуоресцентном освещении он проявляется разными цветами - в случае хлорида - светло-желтым (см. Рисунок). [1]
Структура [ править ]
Solid [ править ]
Безводный NdCl 3 имеет Nd в трехкоординатной тригонально-призматической геометрии и кристаллизуется со структурой UCl 3 . Эта гексагональная структура характерна для многих галогенированных лантаноидов и актинидов, таких как LaCl 3 , LaBr 3 , SmCl 3 , PrCl 3 , EuCl 3 , CeCl 3 , CeBr 3 , GdCl 3 , AmCl 3 и TbCl 3, но не дляYbCl 3 и LuCl 3 . [2]
Решение [ править ]
Структура хлорида неодима (III) в растворе в решающей степени зависит от растворителя: в воде основными частицами являются Nd (H 2 O) 8 3+ , и эта ситуация типична для большинства хлоридов и бромидов редкоземельных элементов. В метаноле это NdCl 2 (CH 3 OH) 6 +, а в соляной кислоте - NdCl (H 2 O) 7 2+ . Координация неодима во всех случаях октаэдрическая (8-кратная), но структура лиганда различна. [3]
Свойства [ править ]
NdCl 3 представляет собой мягкое парамагнитное твердое тело, которое превращается в ферромагнитное при очень низкой температуре 0,5 К. [4] Его электрическая проводимость составляет около 240 См / м, а теплоемкость составляет ~ 100 Дж / (моль · К). [5] NdCl 3 легко растворяется в воде и этаноле, но не в хлороформе или эфире . Восстановление NdCl 3 металлическим Nd при температурах выше 650 ° C дает NdCl 2 : [6]
- 2 NdCl 3 + Nd → 3 NdCl 2
При нагревании NdCl 3 парами воды или диоксида кремния образуется оксохлорид неодима:
- NdCl 3 + H 2 O → NdOCl + 2 HCl
- 2 NdCl 3 + SiO 2 → 2 NdOCl + SiCl 4
Взаимодействие NdCl 3 с сероводородом при температуре около 1100 ° C дает сульфид неодима:
- 2 NdCl 3 + 3 H 2 S → 2 Nd 2 S 3 + 6 HCl
Реакции с аммиаком и фосфином при высоких температурах дают соответственно нитрид и фосфид неодима:
- NdCl 3 + NH 3 → NdN + 3 HCl
- NdCl 3 + PH 3 → NdP + 3 HCl
Принимая во внимание, что добавление плавиковой кислоты дает фторид неодима: [7]
- NdCl 3 + 3 HF → NdF 3 + 3 HCl
Подготовка [ править ]
NdCl 3 получают из минералов монацита и бастнезита . Синтез сложен из-за низкого содержания неодима в земной коре (38 мг / кг) и из-за сложности отделения неодима от других лантаноидов. Однако для неодима этот процесс проще, чем для других лантаноидов, из-за его относительно высокого содержания в минерале - до 16% по весу, что является третьим по величине после церия и лантана . [8] Существует много разновидностей синтеза, и одну можно упростить следующим образом:
Измельченный минерал обрабатывают горячей концентрированной серной кислотой для получения водорастворимых сульфатов редкоземельных элементов. Кислые фильтраты частично нейтрализуют гидроксидом натрия до pH 3-4. Торий выпадает из раствора в виде гидроксида и удаляется. После этого раствор обрабатывают оксалатом аммония, чтобы преобразовать редкоземельные элементы в их нерастворимые оксалаты . Оксалаты превращаются в оксиды путем отжига. Оксиды растворяются в азотной кислоте , за исключением основного компонента церия , оксид которого нерастворим в HNO 3 . Оксид неодима отделяется от других оксидов редкоземельных элементов ионным обменом.. В этом процессе ионы редкоземельных элементов адсорбируются на подходящей смоле путем ионного обмена с ионами водорода, аммония или двухвалентной меди, присутствующими в смоле. Затем ионы редкоземельных элементов выборочно вымываются подходящим комплексообразователем, таким как цитрат аммония или нитрилотрацетат. [7]
Этот процесс обычно дает Nd 2 O 3 ; оксид трудно напрямую преобразовать в элементарный неодим, что часто является целью всего технологического процесса. Поэтому оксид обрабатывают соляной кислотой и хлоридом аммония для получения менее стабильного NdCl 3 : [7]
- Nd 2 O 3 + 6 NH 4 Cl → 2 NdCl 3 + 3 H 2 O + 6 NH 3
Полученный таким образом NdCl 3 быстро поглощает воду и превращается в гидрат NdCl 3 · 6H 2 O, который стабилен при хранении и при необходимости может быть преобразован обратно в NdCl 3 . Простое быстрое нагревание гидрата для этой цели нецелесообразно, поскольку оно вызывает гидролиз с последующим образованием Nd 2 O 3 . [9] Таким образом, безводный NdCl 3 получают дегидратацией гидрата либо путем медленного нагревания до 400 ° C с 4-6 эквивалентами хлорида аммония в высоком вакууме, либо путем нагревания с избытком тионилхлорида в течение нескольких часов. [2][10] [11] [12] В качествеальтернативы,NdCl 3 можно получить реакцией металлического неодима с хлористым водородом или хлором , хотя этот метод неэкономичен из-за относительно высокой цены металла и используется только в исследовательских целях. После приготовления его обычно очищают путем высокотемпературной сублимации в высоком вакууме. [2] [13] [14]
Приложения [ править ]
Производство металлического неодима [ править ]
Хлорид неодима (III) является наиболее распространенным исходным соединением для получения металлического неодима. NdCl 3 нагревают с хлоридом аммония или фторидом аммония и плавиковой кислотой или с щелочными или щелочноземельными металлами в вакууме или в атмосфере аргона при 300-400 ° C.
- NdCl 3 + 3 Li → Nd + 3 LiCl
Альтернативный путь - электролиз расплавленной смеси безводного NdCl 3 и NaCl или KCl при температуре около 700 ° C. Смесь плавится при этих температурах, хотя они ниже, чем точки плавления NdCl 3 и KCl (~ 770 ° C). [15]
Лазеры и волоконные усилители [ править ]
Хотя сам NdCl 3 не обладает сильной люминесценцией , [16] он служит источником ионов Nd 3+ для различных светоизлучающих материалов. К последним относятся Nd-YAG-лазеры и усилители из оптического волокна , легированного неодимом , которые усиливают свет, излучаемый другими лазерами. Nd-YAG-лазер излучает инфракрасный свет с размером 1,064 микрометра и является наиболее популярным твердотельным лазером (то есть лазером на твердой среде). Причиной использования NdCl 3, а не металлического неодима или его оксида при производстве волокон является легкое разложение NdCl 3 во время химического осаждения из газовой фазы.; Последний процесс широко используется для выращивания волокон. [17]
Хлорид неодима (III) является легирующей примесью не только традиционных оптических волокон на основе диоксида кремния, но и пластиковых волокон (допингфотолим-желатин, полиимид , полиэтилен и др.). [18] Он также используется в качестве добавки в инфракрасные органические светодиоды . [19] [20] Кроме того, органические пленки, легированные неодимом, могут действовать не только как светодиоды, но и как цветные фильтры, улучшающие спектр излучения светодиода. [21]
Растворимость хлорида неодима (III) (и других солей редкоземельных элементов) в различных растворителях приводит к созданию нового типа лазера на редкоземельных элементах, в котором в качестве активной среды используется не твердое тело, а жидкость. Жидкость, содержащая ионы Nd 3+, готовится по следующим реакциям:
- SnCl 4 + 2 SeOCl 2 → SnCl 6 2− + 2 SeOCl +
- SbCl 5 + SeOCl 2 → SbCl 6 - + SeOCl +
- 3 SeOCl + + NdCl 3 → Nd 3+ (сольв.) + 3 SeOCl 2 ,
где Nd 3+ фактически представляет собой сольватированный ион с несколькими молекулами оксихлорида селена, координированными в первой координационной сфере, то есть [Nd (SeOCl 2 ) m ] 3+ . Лазерные жидкости, приготовленные с помощью этого метода, излучают на той же длине волны 1,064 микрометра и обладают такими свойствами, как высокий коэффициент усиления и резкость излучения, которые более характерны для лазеров на кристаллическом, чем на неодимовом стекле. Квантовая эффективность этих жидких лазеров составляла около 0,75 по сравнению с традиционным лазером на Nd: YAG. [19]
Катализ [ править ]
Другое важное применение NdCl 3 - катализ - в сочетании с органическими химическими веществами, такими как триэтилалюминий и 2-пропанол , он ускоряет полимеризацию различных диенов . Продукция включает такие синтетические каучуки общего назначения, как полибутилен , полибутадиен и полиизопрен . [9] [22] [23]
Хлорид неодима (III) также используется для модификации диоксида титана . Последний является одним из самых популярных неорганических фотокатализаторов для разложения фенола , различных красителей и других загрязнителей сточных вод. Каталитическое действие оксида титана должно активироваться УФ-светом, то есть искусственным освещением. Однако модификация оксида титана хлоридом неодима (III) позволяет катализировать при видимом освещении, например солнечном. Модифицированный катализатор приготовлен методом химического соосаждения – пептизации гидроксидом аммония из смеси TiCl 4 и NdCl 3.в водном растворе). Этот процесс широко используется в промышленных масштабах на реакторе емкостью 1000 литров для использования в фотокаталитических самоочищающихся красках. [24] [25]
Защита от коррозии [ править ]
Другие приложения находятся в стадии разработки. Например, сообщалось, что покрытие алюминия или различных алюминиевых сплавов дает очень стойкую к коррозии поверхность, которая затем выдерживает погружение в концентрированный водный раствор NaCl в течение двух месяцев без признаков точечной коррозии. Покрытие получают либо путем погружения в водный раствор NdCl 3 на неделю, либо путем электролитического осаждения с использованием того же раствора. По сравнению с традиционными ингибиторами коррозии на основе хрома , NdCl 3 и другие соли редкоземельных элементов безопасны для окружающей среды и гораздо менее токсичны для людей и животных. [26] [27]
Защитное действие NdCl 3 на алюминиевые сплавы основано на образовании нерастворимого гидроксида неодима. Будучи хлоридом, сам NdCl 3 является коррозионным агентом, который иногда используется для коррозионных испытаний керамики. [28]
Маркировка органических молекул [ править ]
Лантаноиды, в том числе неодим, известны своей яркой люминесценцией и поэтому широко используются в качестве флуоресцентных меток. В частности, NdCl 3 был включен в органические молекулы, такие как ДНК, которые затем можно было легко проследить с помощью флуоресцентного микроскопа во время различных физических и химических реакций. [19]
Проблемы со здоровьем [ править ]
Хлорид неодима (III) не кажется токсичным для людей и животных (примерно как поваренная соль). LD 50 (доза , при которой происходит 50% смертность) для животных составляет около 3,7 г на кг массы тела (мыши, оральная), 0,15 г / кг (кролик, внутривенная инъекция). Легкое раздражение кожи возникает при воздействии 500 мг в течение 24 часов ( тест Дрейза на кроликах). [29] [30] Вещества с LD 50 выше 2 г / кг считаются нетоксичными. [31]
См. Также [ править ]
- Лантаноид
- Фторид иттрия-лития, легированный неодимом
Ссылки [ править ]
- ^ Майкл О'Донохью, Роберт Вебстер (2006). Самоцветы . Баттерворт-Хайнеманн. п. 523. ISBN 0-7506-5856-8.
- ^ a b c Ф. Т. Эдельманн, П. Поремба (1997). WA Herrmann (ред.). Синтетические методы металлоорганической и неорганической химии Vol. 6 . Штутгарт: Георг Тиме Верлаг.
- ^ Стил, Маркус L .; Верц, Дэвид Л. (1977). «Влияние растворителя на координацию ионов неодима (3+) в концентрированных растворах трихлорида неодима». Неорганическая химия . 16 (5): 1225. DOI : 10.1021 / ic50171a050 .
- ^ Skjeltorp, A (1977). «Анализ магнитотермических параметров в NdCl3». Physica В + С . 86–88: 1295–1297. Bibcode : 1977PhyBC..86.1295S . DOI : 10.1016 / 0378-4363 (77) 90888-9 .
- ^ RT Карлина (1996). Расплавленные соли . Электрохимическое общество. п. 447. ISBN. 1-56677-159-5.
- ^ Герд Мейер, Лестер Р. Морсс (1991). Синтез соединений лантаноидов и актинидов . Springer. п. 161. ISBN. 0-7923-1018-7.
- ^ a b c Патнаик, Прадёт (2003). Справочник неорганических химических соединений . Макгроу-Хилл. С. 444–446. ISBN 0-07-049439-8. Проверено 6 июня 2009 .
- ^ Джон Эмсли (2003). Природы строительных блоков: руководство AZ элементам . Издательство Оксфордского университета. стр. 268 -270. ISBN 0-19-850340-7.
- ^ a b О. Нуйкен, Р. Анвандер (2006). Катализаторы Циглера на основе неодима . Springer. п. 15. ISBN 3-540-34809-3.
- ^ MD Тейлор, PC Картер (1962). «Получение безводных галогенидов лантаноидов, особенно иодидов». J. Inorg. Nucl. Chem . 24 (4): 387. DOI : 10.1016 / 0022-1902 (62) 80034-7 .
- ^ J. Кучер, А. Шнайдер (1971). "Notiz zur Präparation von wasserfreien Lanthaniden-Haloge-niden, Insbesondere von Jodiden". Неорг. Nucl. Chem. Lett . 7 (9): 815. DOI : 10,1016 / 0020-1650 (71) 80253-2 .
- Перейти ↑ JH Freeman, ML Smith (1958). «Получение безводных неорганических хлоридов дегидратацией тионилхлоридом». J. Inorg. Nucl. Chem . 7 (3): 224. DOI : 10.1016 / 0022-1902 (58) 80073-1 .
- ^ LF Druding, JD Corbett (1961). «Низкое окислительное состояние лантаноидов. Хлорид и йодид неодима (II)». Варенье. Chem. Soc . 83 (11): 2462. DOI : 10.1021 / ja01472a010 .
- ^ JD Корбетт (1973). «Восстановленные галогениды редкоземельных элементов». Преподобный Чим. Минераль . 10 : 239.
- ^ CK Гупта, Nagaiyar Кришнамурти (2004). Добывающая металлургия редкоземельных элементов . CRC Press. п. 276. ISBN. 0-415-33340-7.
- ^ Б. Хендерсон, Ральф Х. Бартрам (2000). Инженерия кристаллического поля твердотельных лазерных материалов . Издательство Кембриджского университета. п. 211. ISBN. 0-521-59349-2.
- ↑ Эмиль Вольф (1993). Прогресс в оптике . Эльзевир. п. 49. ISBN 0-444-81592-9.
- ^ Вонг, Вт; Лю, К; Чан, К; Пун, Э (2006). «Полимерные устройства для фотонных приложений». Журнал роста кристаллов . 288 (1): 100–104. Bibcode : 2006JCrGr.288..100W . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2005.12.017 .
- ^ а б в Комби, S; Бунзли, Дж (2007). "Глава 235 Люминесценция лантанидов в ближнем инфракрасном диапазоне в молекулярных пробах и устройствах". Справочник по физике и химии редких земель Том 37 . Справочник по физике и химии редких земель. 37 . п. 217. DOI : 10.1016 / S0168-1273 (07) 37035-9 . ISBN 978-0-444-52144-6.
- ^ Ориордан, А; Vandeun, R; Mairiaux, E; Мойнихан, S; Fias, P; Nockemann, P; Биннеманс, К; Редмонд, Дж. (2008). «Синтез неодима-хинолатного комплекса для применения электролюминесценции в ближней инфракрасной области». Тонкие твердые пленки . 516 (15): 5098. Bibcode : 2008TSF ... 516.5098O . DOI : 10.1016 / j.tsf.2007.11.112 .
- ^ Чо, Й .; Choi, YK; Сон, Ш. (2006). «Оптические свойства неодимсодержащих полиметилметакрилатных пленок для цветного светофильтра на органических светодиодах». Письма по прикладной физике . 89 (5): 051102. Bibcode : 2006ApPhL..89e1102C . DOI : 10.1063 / 1.2244042 .
- ^ Марина, N; Монаков, Я; Сабиров, З .; Толстиков, Г (1991). «Соединения лантаноидов - катализаторы стереоспецифической полимеризации диеновых мономеров. Обзор ☆». Полимероведение СССР . 33 (3): 387. DOI : 10.1016 / 0032-3950 (91) 90237-К .
- Перейти ↑ C. Wang (200). «Модификация циклизации in situ при полимеризации бутадиена с помощью координационного катализатора редкоземельных элементов». Химия и физика материалов . 89 : 116. DOI : 10.1016 / j.matchemphys.2004.08.038 .
- ^ Се, Y (2004). «Фотокатализ золя TiO2, модифицированного ионами неодима, при облучении видимым светом». Прикладная наука о поверхности . 221 (1–4): 17–24. Bibcode : 2004ApSS..221 ... 17X . DOI : 10.1016 / S0169-4332 (03) 00945-0 .
- ^ Stengl, V; Бакарджиева, С; Мурафа, Н (2009). «Получение и фотокаталитическая активность наночастиц TiO2, легированных редкоземельными элементами». Химия и физика материалов . 114 : 217–226. DOI : 10.1016 / j.matchemphys.2008.09.025 .
- ^ Винод С. Agarwala, GM Ugiansky (1992). Новые методы коррозионных испытаний алюминиевых сплавов . ASTM International. п. 180. ISBN 0-8031-1435-4.
- ^ Бетенкур, М; Botana, FJ; Кальвино, Дж. Дж .; Marcos, M .; Родригес-Чакон, Массачусетс (1998). «Соединения лантаноидов как экологически безопасные ингибиторы коррозии алюминиевых сплавов: обзор». Коррозионная наука . 40 (11): 1803. DOI : 10.1016 / S0010-938X (98) 00077-8 .
- ^ Такеучи, М; Като, Т; Hanada, K; Коидзуми, Т; Aose, S (2005). «Коррозионная стойкость керамических материалов в условиях пирохимической переработки с использованием солевого расплава для отработанного оксидного ядерного топлива». Журнал физики и химии твердого тела . 66 (2–4): 521. Bibcode : 2005JPCS ... 66..521T . DOI : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.046 .
- ^ «Хлорид неодима» . Проверено 7 июля 2009 .
- ^ "MSDS" . Проверено 7 июля 2009 .
- ^ Дональд Э. Гарретт (1998). Бораты . Академическая пресса. п. 385. ISBN 978-0-12-276060-0.
