Struktura neodimium, właściwości, używa

On Neodym Jest to metal należący do serii Lantanide, rzadkich ziem, których symbol chemiczny jest ND (nie pomylenie z NB, Niobium). Jest to jeden z najbardziej reaktywnych i obfitych metali lantanidów, będąc w skórce Ziemi z obfitością zbliżoną do ołowiu.

Neodym znajduje się w grupie najciekawszych i praktycznych Lantanides. Podobnie jak inni z ich rówieśników, tworzą związki, które wykazują różowe lub fioletowe zabarwienie, które mogą pokolorować szklanki i ceramikę wrażliwe na padające źródło światła; to znaczy zmieniają kolor w zależności od tego, które światło je oświetla.

Metaliczna próbka neodymu przechowywana w szklanej ampudy. Źródło: Obrazy Hi-Res Elementów Chemicznych/CC (https: // CreativeCommons.Org/licencje/według/3.0)

W górę mamy próbkę metalicznego neodymu. Musi pozostać przechowywany w obojętnej atmosferze, w przeciwnym razie jest szybko skorodowany przez działanie tlenu. Na własnym neodymie nie jest metal, który wystaje, jak w przypadku miedzi lub złota; Jednak ich mieszane stopy i kryształy mają ogromny wpływ technologiczny.

W tym sensie neodym jest synonimem magnesów, ze względu na słynne magnesy neodymowe, które są najpotężniejsze, jaka. Składają się one ze stopu ND-FE-B, którego właściwości fizyczne są dość przypominane do właściwości ceramiki, i które zajmują ważne miejsce w symfinach sprzętu elektronicznego.

Z drugiej strony nie tylko magnesy neodymowe są dobrze znane, ale także ich lasery, charakteryzujące się ich zielonkawymi i jasnymi wiązkami. Lasery z mieszanymi kryształami z atomami neodymu mają różnorodne zastosowania: od gojenia się ran powierzchownych, po wyzwolenie reakcji fuzji.

[TOC]

Odkrycie

Odkrycie neodymu rozpoczęło się od Didimio, mieszanki tlenków lub soli lantanidów, które w XIX wieku było błędnie uważane za element.

W 1885 r. Austriacki chemik Carl Auer von Welsbach, przeszukał i zarządzał metodą ułamku Didimio, która do tego czasu, a dzięki analizie spektroskopowej jego złożona natura była już znana.

Carl Welsbach ukończył swoją misję po żmudnych ułamkowych krystalizacjach podwójnego azotanu i soli amonowych, uzyskanych z metali obecnych w Didimio: neodym i praseodimium.

Sól neodymu była różowa, podczas gdy sola prseodimium, koloru zielonkawego. Jego imię „Neodimio”, co oznacza „nowy bliźniak”, pochodzący z „nauczania”, ponieważ był to najliczniejsza ułamek Didimio, z którym pracował.

Może ci służyć: kwas indolalny: struktura, właściwości, uzyskiwanie, zastosowania

Struktura chemiczna neodymu

Atomy neodymowe, ND, silnie współdziałają ze sobą przez metalowy łącznik. Siła ta, wraz z promieniem atomowym ND i trybem jego pakowania w trzech wymiarach, kończy się ustawianiem kompaktowej sześciokątnej podwójnej struktury sześciokątnej (DHCP); jego najbardziej stabilna i gęsta forma alotropowa.

Jednak gdy kryształy metalowe DHCP ogrzewają się w temperaturze zbliżonej do 863 ° C, neodym cierpi na przejście fazowe: jego struktura jest przekształcana w sześcienną wyśrodkowaną w ciele (BCC), co jest mniej gęste. Dlatego neodym może istnieć jako dwie formy alotropowe: DHCP i BCC.

Elektroniczna Konfiguracja

Elektroniczna konfiguracja neodymu

Skrócona konfiguracja elektroniczna dla neodymu jest następująca:

[Xe] 6s² 4f⁴

Będąc dokładnie czwartym elementem serii Lantanide, elektroniczne wypełnienie jego orbitali 4F nie jest sprzeczne z oczekiwanym porządkiem i ustalone przez zasadę Aufbau.

Właściwości neodimum

Wygląd fizyczny

Srebrny i jasny metal, stosunkowo plastyczna i znaczna twardość, porównywalna z żelazem. Kiedy go uderzysz, emituje tintineo, który pamięta brąz.

Liczba atomowa

60

Masa cząsteczkowa

144.242 g/mol

Temperatura topnienia

1024 ° C

Punkt wrzenia

3074 ºC

Gęstość

W temperaturze pokojowej: 7.01 g/cm³

W punkcie topnienia: 6.89 g/cm³

Stany utleniania

Neodym może uczestniczyć w swoich związkach z 0 stanami utleniania (ND⁰, w stopach), +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) i +4 (ND⁴⁺), Będąc +3 będąc najbardziej stabilnym i powszechnym ze wszystkich, jak w przypadku innych Lantanids.

Elektronialiczność

1.14 na skali Pauling.

Energie jonizacyjne

Po pierwsze: 533.1 kJ/mol (nd⁺ gazowy)

Po drugie: 1040 kJ/mol (ND²⁺ gazowy)

Po trzecie: 2130 kJ/mol (ND³⁺ gazowy)

Zakon magnetyczny

Paramagnetyczny. Ledwo przyciąga go magnesy. Jednak gdy jesteś zdezorientowany atomami żelaza i boru, nabywa nasycenie magnetyczne; Oznacza to, że osiąga maksymalny stan magnetyzacji, więc będzie to potężny magnes.

W temperaturze poniżej 20 K Neodym staje się materiałem antyferromagnetycznym.

Reaktywność i związki

Neodym jest jednym z najbardziej reaktywnych metali z serii Lantanid. Musi być przechowywany poza zasięgiem tlenu, ponieważ szybko biegnie na powierzchni, ponieważ powstały tlenek jest zepsuty bez możliwości ochrony wnętrza metalu przed kolejnymi utlenianiem:

Może ci służyć: słabe elektrolity: koncepcja, cechy, przykłady

4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂ALBO₃

To utlenianie przyspiesza w temperaturze 150 ° C, spalając neodym z intensywnością.

Nie tylko szybko reaguje z tlenem, ale także kwaśnymi substancjami, takimi jak kwas solny, w celu uwolnienia wodoru i wytwarzania soli neodymowych:

2 ND + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 godz₂

Rozwiązania związków neodymowych pokazują różowe kolory, charakterystykę, która jest również widoczna w Erbio, kolejnym Lantanid. Jednak gdy są oświetlone fluorescencyjną lekką lampą, zmieniają żółty. Uwaga na przykład niższy obraz:

A) roztwory siarczanu, azotan i chlorek neodymowy (III) pod światłem słonecznym; b) Te same roztwory, ale oświetlone za pomocą kompaktowej lampy fluorescencyjnej. Źródło: w. Oelen/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

Wodne roztwory soli ND₂(POŁUDNIOWY ZACHÓD₄)₃, ND (nie₃)₃ i NDCL₃ Są różowe lub fioletowe, jeśli pochłaniają światło słoneczne; Ale żółtawo lub nawet bezbarwne (patrz roztwór azotanu), gdy są one oświetlone innym źródłem światła, takiego jak kompaktowa lampa fluorescencyjna.

Zjawisko to jest spowodowane przejściami elektronicznymi F-F, których pasma absorpcyjne oddziałują z twórczością napromieniowanego światła.

Uzyskanie

Neodym znajduje się w skałach magmowych kory Ziemi, integrując wiele minerałów. Wśród tych minerałów wyróżniają się bastnasite i monacit, w tym wszystkie ich rodziny lub warianty zawierają około 10-18% wykorzystywanego neodymu. Dlatego Bastnasita i Monacite są jej głównymi źródłami mineralogicznymi.

Jony ND³⁺ Należy je oddzielić od matrycy złożonej z innych tlenków lantanowców i innych zanieczyszczeń. Aby to zrobić, stosowane są techniki chromatografii wymiany jonowej i ekstrakcje cieczowo-cieczowe.

Zrobiłem to, a w zależności od wybranego procesu jony neodymu są uzyskiwane jako ich tlenek lub dowolny z jego halogenków (NDX₃).

Tlenek, ND₂ALBO₃, Można go zmniejszyć z metalicznym sodem w obecności chlorku wapnia, jak wskazano w następującym równaniu chemicznym:

Nd₂ALBO₃ + 3 Cacl₂+ 6 Na → 2 ND + 3 CaO + 6 NaCl

Z drugiej strony NDCL₃ Można go sprowadzić do metalicznego neodymu przez elektrolizę lub przez metalotermalną redukcję przy użyciu wapnia jako środka redukującego.

Używa/aplikacje

Fotografia

Szkło podgrzane neodymem stosuje się jako żółty filtr w kamerach.

Ceramika

Żarówki wykonane ze szkła neodymowego i oświetlone różnymi źródłami światła. Źródło: Scientific29/cc by-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

Sprzedaż lub tlenek neodymu są używane jako dodatki do zapewnienia szkła lub fioletowych zabarwień do szkła. Z drugiej strony okulary neodymu mają również osobliwość, jak wspomniano wcześniej, aby pokazać różne zabarwienie w zależności od padającego światła, jak pokazano na poniższym obrazku:

Może ci służyć: równanie Arrheniusa

Po lewej stronie żarówka pokazuje niebieskawe zabarwienie pod światłem fluorescencyjnym; Po prawej zmienia się w różowym zabarwieniu w żarliwym świetle.

Z drugiej strony żarówki domieszkowania neodymu mają również charakterystykę emitujących mądrzejszych świateł, ponieważ absorbują żółtawe emisje.

Szklanki spawalnicze

Szklanki spawaczy zawierają neodym, które pochłania intensywne emisje sodu, eliminując w ten sposób żarliwe błyski.

Lasery

Zostajesz odtworzony za pomocą laserów ND-YAG, charakteryzuje się ich atrakcyjnym zielonym kolorem. Źródło: Giorgio Brida z Torino, Włochy/CC przez (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/2.0)

Tlenek neodymu służy do wyposażenia szkła stosowanego w budowie wysokich mocy, zdolnych do inicjowania reakcji fuzji.

Belki innych laserów neodymowych, takie jak ND: YAG (Neodymu ititrium i aluminium) zastosowano do leczenia raka skóry, usuwania włosów oraz cięcia lub wiercenia stali.

Magnes

Neodymowe kule magnesowe ustawione dla jego stałego i silnego magnetyzacji. Źródło: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

ND-FE-B (nd₂Wiara₁₄B) i jego wysokie magnetyzacja służy do tworzenia mocnych magnesów. Są to magnesy par excellence, ponieważ są najpotężniejsze w historii zbudowane. Jednak niektóre wady mają: w najczystszej postaci tracą swoje właściwości magnetyczne w wysokich temperaturach i łatwo je korodować i złamać.

Aby rozwiązać te niedogodności. Zatem magnesy neodymowe są stosowane w generatorach elektrycznych do turbin wiatrowych i wiatrowych, sprzętu medycznego, zabawek, telefonów komórkowych, mikrofonów, gitar elektrycznych itp.

Magnesy neodimium składają się ze stopu ND-FE-B, który zawiera również inne dodatki, będąc częścią innych metali ziem rzadkich. Siła, z jaką przyciągają, jest taka, że ​​można je zebrać w celu stworzenia różnych postaci, takich jak cylinder obrazowy powyżej.

Ponadto magnesy te służą jako hobby dla tych, którzy chcą udowodnić swoją siłę przyciągania między dwoma obiektami, obserwując, jak je zmiażdżyły w tym procesie. Zobacz na przykład następujący film:

W zależności od wielkości, składu i temperatury, magnesy te mogą nawet być niebezpieczne, ponieważ przyciągałyby do nich ogromne obiekty, które mogłyby kogoś uderzyć.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (2020). Neodym. Odzyskane z: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodym. Źródło: w:.Wikipedia.org
4. Mohammad Reza Ganjali i in. (2016). Odstraszanie serii lantanidów różnymi metodami analitycznymi. Scientedirect.
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Fakty elementów neodymu. Odzyskane z: Chemicool.com
6. Sharma, r.DO. (1987). Proces produkcji neodymu. Jom 39, 33-37. doi.Org/10.1007/BF03259468