Neodimiumstruktur, egenskaper, användningar

han neodym Det är en metall som tillhör Lantanide -serien, av de sällsynta jordarna, vars kemiska symbol är och inte att förvirra med NB, Niobo). Det är en av de mest reaktiva och rikliga metallerna i lanthaniderna, som är i jordskorpan med ett överflöd nära bly.

Neodymium är inom gruppen av de mest intressanta och praktiska lantaniderna. Liksom andra av sina kamrater bildar föreningar som uppvisar rosa eller lila färg, som kan färgglas och keramik känsliga för den infallande ljuskällan; det vill säga de ändrar färg beroende på vilket ljus belyser dem.

Metalliskt neodymprov lagrat i en glas ampule. Källa: Hi-reser Bilder av kemiska element/cc av (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)

UP Vi har ett prov av metalliskt neodymium. Den måste förbli lagrad under en inert atmosfär, annars är den snabbt korroderad av syreverksamheten. På sin egen neodym är inte en metall som sticker ut, som med koppar eller guld; Men deras blandade legeringar och kristaller har en enorm teknisk inverkan.

I detta avseende är neodymiet synonymt med magneter på grund av de berömda neodymmagneterna, som är de mest kraftfulla som någonsin skapats. Dessa består av en ND-Fe-B-legering, vars fysiska egenskaper ganska liknar de för keramik, och som upptar en viktig plats i elektroniska utrustningssymfiner.

Å andra sidan är inte bara neodymmagneter välkända, utan också deras lasrar, kännetecknade av deras grönaktiga och ljusa strålar. Lasrarna med blandade kristaller med neodymatomer har olika tillämpningar: från läkande ytliga sår, för att utlösa fusionsreaktioner.

[TOC]

Upptäckt

Upptäckten av Neodymium började med Didimio, en blandning av oxider eller lantanidsalter som under 1800 -talet felaktigt betraktades som ett element.

1885 sökte och hanterade den österrikiska kemisten Carl Auer von Welsbach och hanterade en metod för att fraktionera didimio, som då, och tack vare spektroskopisk analys var hans sammansatta natur redan känd.

Carl Welsbach slutförde sitt uppdrag efter svåra fraktionella kristallisationer av dubbla nitrat- och ammoniumsalter, erhållna från de metaller som finns i Didimio: Neodymium och Praseodimiumium.

Saltet av neodymen var rosa, medan det av prseodimium, av grönaktig färg. Hans namn, 'Neodimio', som betyder 'ny tvilling', härrörande från 'undervisningen', eftersom det var den vanligaste bråkdelen av didimio som han arbetade.

Det kan tjäna dig: Indolaletic Acid: Structure, Egenskaper, erhållning, användning

Kemisk struktur av neodym

Neodymiumatomerna, ND, interagerar starkt med varandra genom den metalliska länken. Denna kraft, tillsammans med atomradie av ND, och läget för dess förpackning i tre dimensioner, slutar med att sätta en kompakt hexagonal dubbel hexagonal struktur (DHCP); dess mest stabila och täta allotropiska form.

Men när DHCP -metallkristaller värms vid en temperatur nära 863 ºC, lider neodymet en fasövergång: dess struktur förvandlas till en kubikcentrerad i kroppen (BCC), vilket är mindre tätt tätt. Därför kan Neodymium existera som två allotropiska former: DHCP och BCC.

Elektronisk konfiguration

Elektronisk neodymkonfiguration

Den förkortade elektroniska konfigurationen för neodymet är följande:

[Xe] 6s² 4f⁴

Att vara exakt det fjärde elementet i Lantanide -serien, den elektroniska fyllningen av dess 4F -orbitaler motsäger inte den förväntade ordningen och fastställs av Aufbau -principen.

Neodimiumegenskaper

Fysiskt utseende

Silver och ljus metall, relativt formbar och betydande hårdhet, jämförbar med järn. När du träffar den avger den en Tintineo som kommer ihåg brons.

Atomnummer

60

Molmassa

144.242 g/mol

Smältpunkt

1024 ºC

Kokpunkt

3074 ºC

Densitet

Vid rumstemperatur: 7.01 g/cm³

Rätt vid smältpunkten: 6.89 g/cm³

Oxidationstillstånd

Neodymium kan delta i dess föreningar med 0 oxidationstillstånd (ND⁰, i legeringar), +1 (nd⁺), +2 (ND²⁺), +3 (ND³⁺) och +4 (ND⁴⁺), Att vara +3 att vara den mest stabila och vanliga av alla, som med de andra lantaniderna.

Elektronnegativitet

1.14 På Pauling -skalan.

Joniseringsenergier

Första: 533.1 kJ/mol (ND⁺ gasformig)

Andra: 1040 kJ/mol (nd²⁺ gasformig)

Tredje: 2130 kJ/mol (nd³⁺ gasformig)

Magnetisk ordning

Paramagnetisk. Det lockas knappt svagt av magneter. Men när du är dowed med järn- och boratomer förvärvar den magnetisk mättnad; Det vill säga det når ett maximalt magnetiseringstillstånd, så det kommer att vara en kraftfull magnet.

Vid en temperatur under 20 K blir neodymet ett antiferromagnetiskt material.

Reaktivitet och föreningar

Neodymium är en av de mest reaktiva metallerna i Lantanide -serien. Det måste förvaras utom räckhåll för syre, eftersom den körs snabbt, eftersom den resulterande oxiden bryts utan att kunna skydda metallens inre från efterföljande oxidationer:

Kan tjäna dig: svaga elektrolyter: koncept, egenskaper, exempel

4 nd + 3 o₂ → 2 och₂ANTINGEN₃

Denna oxidation accelererar vid 150 ° C och bränner neodym med intensitet.

Det reagerar inte bara snabbt med syre, utan också med sura ämnen, såsom saltsyra, för att frisätta väte och producera neodymsalter:

2 och + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 h₂

Lösningarna av neodymföreningar visar rosa färger, en egenskap som också ses i Erbio, en annan lantanid. Men när de är upplysta med en fluorescerande ljuslampa, förändras de gula. Obs till exempel den lägre bilden:

a) sulfatlösningar, nitrat och neodymklorid (iii) under solljus; b) samma lösningar men upplyste med en kompakt lysrörslampa. Källa: W. Oelen/CC BY-SA (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)

De vattenhaltiga lösningarna i ND -salterna₂(SW₄)₃, ND (nej₃)₃ och ndcl₃ De är rosa eller lila om de absorberar solljus; Men gulaktiga eller till och med färglösa (se nitratlösningen) när de är upplysta med en annan ljuskälla, till exempel en kompakt lysrörslampa.

Detta fenomen beror på F-F-elektroniska övergångar, vars absorptionsband interagerar med det av det bestrålade ljuset.

Erhållande

Neodymet finns i de stolliga klipporna i jordens cortex som integrerar många mineraler där lantaniderna dominerar. Bland dessa mineraler sticker bastnasiten och monaciten ut, som inklusive alla deras familjer eller varianter innehåller cirka 10-18% av det exploaterbara neodymet. Därför är bastnasita och monacit dess huvudsakliga mineralogiska källor.

Nd -jonerna³⁺ De måste separeras från en matris som består av andra lantanidoxider och andra föroreningar. För att göra detta används jonutbyteskromatografitekniker och vätskevätska-extraktioner.

Gjort detta, och beroende på den valda processen erhålls neodymjoner som deras oxid eller någon av dess halider (NDX₃).

Oxiden, nd₂ANTINGEN₃, Det kan reduceras med metalliskt natrium i närvaro av kalciumklorid, såsom anges i följande kemiska ekvation:

Och₂ANTINGEN₃ + 3 CaCl₂+ 6 NA → 2 ND + 3 CaO + 6 NaCl

Å andra sidan, NDCL₃ Det kan reduceras till metalliskt neodym genom elektrolys, eller genom en metallotermisk reduktion med kalcium som reducerande medel.

Användning/applikationer

Fotografi

Neodymium -giftat glas används som ett gult filter i kamerorna.

Keramik

Glödlampor gjorda med neodymglas och upplyste av olika ljuskällor. Källa: Scientific29/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)

Försäljning eller neodymoxid används som tillsatser för att tillhandahålla glas eller lila färg till glas. Å andra sidan har Neodymiums glasögon också det speciella, som nämnts tidigare, för att visa olika färgningar beroende på infallande ljus, som ses på bilden nedan:

Kan tjäna dig: Arrhenius -ekvation

Till vänster visar glödlampan en blåaktig färg under lysrör; När du är till höger förändras det i rosa färg under glödlampan.

Å andra sidan har neodymdoplamporna också kännetecknen för att avge smartare, eftersom de absorberar gulaktiga utsläpp.

Svetglasögon

Svetsglasögonen innehåller neodym, som absorberar intensiva natriumutsläpp, vilket eliminerar de gula blinkningarna.

Lasers

Du reproduceras med Nd-Yag-lasrarna kännetecknas av deras attraktiva gröna färg. Källa: Giorgio Brida från Torino, Italien/CC av (https: // Creativecommons.Org/licenser/av/2.0)

Neodymoxid används för att utrusta glaset som används vid konstruktion av höga krafter, som kan initiera fusionsreaktioner.

Strålarna för andra neodymlasrar, såsom ND: YAG (Neodymium-Gray of Ititrium och aluminium) har använts för behandling av hudcancer, hårborttagning och skärning eller borrning av stålstål.

Magneter

Neodymmagnet sfärer som är inställda på sin permanenta och starka magnetisering. Källa: © Nevit Dilmen/CC BY-SA (https: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)

Nd-fe-b (nd₂Tro₁₄B) och dess höga magnetisering används för att skapa kraftfulla magneter. Dessa är magneter par excellence, eftersom de är de mest kraftfulla någonsin byggda. Vissa nackdelar har emellertid: I sin renaste form förlorar de sina magnetiska egenskaper vid höga temperaturer, och de är lätt korroderade och sprickade.

Att lösa dessa besvär. Således används neodymmagneter i elektriska generatorer för vind- och vindkraftverk, medicinsk utrustning, leksaker, mobiltelefoner, mikrofoner, elektriska gitarrer, etc.

Neodimiummagneter består av ND-Fe-B-legeringen, som också innehåller andra tillsatser, som är en del av dem andra sällsynta jordartsmetaller. Kraften som de lockar till är sådan att det är möjligt att samla dem för att skapa olika siffror, till exempel bildcylindern ovan.

Dessutom fungerar dessa magneter som hobbyer för dem som vill bevisa sin attraktionskraft mellan två föremål och observerar hur de krossar dem i processen. Se till exempel följande video:

Beroende på storlek, sammansättning och temperatur kan dessa magneter till och med vara farliga, eftersom de skulle locka massiva föremål mot dem som kan träffa någon.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (2020). Neodym. Återhämtat sig från: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodym. Hämtad från: i.Wikipedia.org
4. Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Lanthanides Series Deterion med olika analysmetoder. Vetenskaplig.
5. Doktor. Doug Stewart. (2020). Neodymelement fakta. Återhämtat sig från: Chemicool.com
6. Sharma, r.TILL. (1987). Neodymproduktionsprocess. Jom 39, 33-37. doi.org/10.1007/BF03259468