Неодим — химический элемент с символом Nd и атомным номером 60. Он является четвертым членом ряда лантанидов и традиционно считается одним из редкоземельных металлов . Это твердый, слегка податливый металл серебристого цвета, который быстро тускнеет на воздухе и во влаге. При окислении неодим быстро реагирует с образованием розовых, пурпурно-синих и желтых соединений в степенях окисления +2, +3 и +4. [5] Обычно считается, что это один из самых сложных спектров элементов. [6] Неодим был открыт в 1885 году австрийским химикомКарл Ауэр фон Вельсбах , который также открыл празеодим . Он присутствует в значительных количествах в рудных минералах монаците и бастнезите . Неодим не встречается в природе в металлической форме или в несмешанном виде с другими лантаноидами, и его обычно очищают для общего использования. Неодим довольно распространен, почти так же распространен, как кобальт , никель или медь , и широко распространен в земной коре . [7] Большая часть коммерческого неодима в мире добывается в Китае, как и многие другие редкоземельные металлы.
Соединения неодима были впервые коммерчески использованы в качестве красителей для стекла в 1927 году, и они остаются популярной добавкой в очки. Цвет соединений неодима обусловлен ионом Nd 3+ и часто бывает красновато-фиолетовым, но он меняется в зависимости от типа освещения из-за взаимодействия полос резкого поглощения света неодима с окружающим светом, обогащенным резкими видимыми оттенками. полосы излучения ртути , трехвалентного европия или тербия . Некоторые стекла, легированные неодимом, используются в лазерах, излучающих инфракрасное излучение с длиной волны от 1047 до 1062 нанометров. Они использовались в приложениях с чрезвычайно высокой мощностью, таких как эксперименты по термоядерному синтезу с инерционным удержанием.. Неодим также используется с различными другими кристаллами- подложками , такими как иттрий-алюминиевый гранат в лазере Nd: YAG .
Еще одно важное применение неодима — в качестве компонента сплавов, используемых для изготовления высокопрочных неодимовых магнитов — мощных постоянных магнитов . [8] Эти магниты широко используются в таких продуктах, как микрофоны, профессиональные громкоговорители, наушники-вкладыши, высокопроизводительные электродвигатели постоянного тока для хобби и компьютерные жесткие диски, где требуется малая масса магнита (или объем) или сильные магнитные поля. Неодимовые магниты большего размера используются в электродвигателях с большой мощностью и массой (например, в гибридных автомобилях ) и генераторах (например , в электрогенераторах самолетов и ветряных турбин ). [9]
Неодим является четвертым членом ряда лантанидов . В периодической таблице он появляется между празеодимом лантаноидов слева и радиоактивным элементом прометием справа и над актинидом урана . Его 60 электронов расположены в конфигурации [Xe]4f 4 6s 2 . Это редкоземельный металл , который присутствовал в классическом мишметалле в концентрации около 18%. Металлический неодим имеет яркий серебристый металлический блеск. [10]
Как и большинство других металлов в ряду лантанидов, неодим обычно использует только три электрона в качестве валентных электронов, так как оставшиеся 4f-электроны прочно связаны: это связано с тем, что 4f-орбитали больше всего проникают через инертный ксеноновый остов электронов к ядру, а затем на 5d и 6s, и это увеличивается с более высоким ионным зарядом. Неодим все еще может продолжать терять четвертый электрон, потому что он приходит рано в лантаноиды, где заряд ядра все еще достаточно низок, а энергия подоболочки 4f достаточно высока, чтобы позволить удаление дополнительных валентных электронов. [11] Неодим обычно существует в двух аллотропных формах с преобразованием из двойного шестиугольника в объемно-центрированную кубическую форму.структура имеет место примерно при 863 °C. [12] Неодим, как и все лантаноиды (кроме лантана , иттербия и лютеция , у которых нет неспаренных 4f-электронов), является парамагнитным при комнатной температуре и становится антиферромагнетиком при охлаждении до 20 К (-253,2 ° С). [13] Для изготовления неодимовых магнитов его сплавляют с железом , которое является ферромагнетиком . [14]