Struktur, sifat, penggunaan neodimium

Dia Neodymium Ia adalah logam milik siri lantanide, dari nadir bumi, yang simbol kimianya adalah ND (tidak mengelirukan dengan NB, niobium). Ia adalah salah satu logam lanthanid yang paling reaktif dan berlimpah, berada di kerak bumi dengan kelimpahan yang hampir dengan plumbum.

Neodymium berada dalam kumpulan lantanida yang paling menarik dan praktikal. Seperti yang lain dari rakan -rakan mereka, sebatian bentuk yang mempamerkan pewarna merah jambu atau ungu, yang boleh warna gelas dan seramik sensitif terhadap sumber cahaya kejadian; iaitu, mereka menukar warna bergantung pada cahaya yang menerangi mereka.

Sampel neodymium logam disimpan dalam ampul kaca. Sumber: Hi-Res Imej Elemen Kimia/CC oleh (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)

Naik kita mempunyai contoh neodymium logam. Ia mesti tetap disimpan di bawah suasana lengai, jika tidak, ia dikurangkan dengan cepat oleh tindakan oksigen. Pada neodymium sendiri bukan logam yang menonjol, seperti tembaga atau emas; Walau bagaimanapun, aloi dan kristal bercampur mereka mempunyai kesan teknologi yang besar.

Dalam pengertian ini, neodymium sinonim dengan magnet, kerana magnet neodymium yang terkenal, yang paling kuat pernah dicipta. Ini terdiri daripada aloi Nd-Fe-B, yang sifat fizikalnya agak menyerupai seramik, dan yang menduduki tempat yang penting dalam simfin peralatan elektronik.

Sebaliknya, bukan sahaja magnet neodymium terkenal, tetapi juga laser mereka, dicirikan oleh rasuk kehijauan dan terang mereka. Laser dengan kristal bercampur dengan atom neodymium mempunyai pelbagai aplikasi: dari penyembuhan luka cetek, untuk mencetuskan reaksi gabungan.

[TOC]

Penemuan

Penemuan Neodymium bermula dengan Didimio, campuran oksida atau garam lantanid yang pada abad kesembilan belas dianggap sebagai elemen.

Pada tahun 1885, ahli kimia Austria Carl Auer von Welsbach, mencari dan mengurus kaedah untuk pecahan didimio, yang pada masa itu, dan terima kasih kepada analisis spektroskopi, sifat kompositnya sudah diketahui.

Carl Welsbach menyelesaikan misinya selepas penghabluran pecahan yang sukar untuk garam nitrat dan ammonium berganda, yang diperoleh dari logam yang terdapat di Didimio: Neodymium dan Praseodimium.

Garam neodymium berwarna merah jambu, sementara prseodimium, warna kehijauan. Namanya, 'Neodimio', yang bermaksud 'Kembar Baru', berasal dari 'pengajaran', kerana ia adalah pecahan yang paling banyak dari Didimio yang dia bekerja.

Ia boleh melayani anda: asid indolaletik: struktur, sifat, mendapatkan, menggunakan

Struktur Kimia Neodymium

Atom Neodymium, ND, berinteraksi dengan kuat antara satu sama lain melalui pautan logam. Kekuatan ini, bersama -sama dengan jejari atom ND, dan mod pembungkusannya dalam tiga dimensi, berakhir dengan menetapkan struktur heksagon dua heksagon padat (DHCP); bentuk allotropik yang paling stabil dan padat.

Walau bagaimanapun, apabila kristal logam DHCP memanaskan suhu hampir 863 ºC, neodymium mengalami peralihan fasa: strukturnya diubah menjadi kubik yang berpusat di dalam badan (BCC), yang kurang padat. Oleh itu, neodymium boleh wujud sebagai dua bentuk allotropik: DHCP dan BCC.

Konfigurasi Elektronik

Konfigurasi neodymium elektronik

Konfigurasi elektronik disingkat untuk neodymium adalah seperti berikut:

[Xe] 6s² 4f⁴

Menjadi tepat elemen keempat siri Lantanide, pengisian elektronik orbital 4F tidak bercanggah dengan perintah yang diharapkan dan ditubuhkan oleh prinsip Aufbau.

Sifat neodimium

Penampilan fizikal

Logam perak dan cerah, kekerasan yang agak lembut dan besar, setanding dengan besi. Apabila anda memukulnya, ia memancarkan tintineo yang ingat gangsa.

Nombor atom

60

Jisim molar

144.242 g/mol

Takat lebur

1024 ºC

Takat didih

3074 ºC

Ketumpatan

Pada suhu bilik: 7.01 g/cm³

Betul -betul di titik lebur: 6.89 g/cm³

Keadaan pengoksidaan

Neodymium boleh mengambil bahagian dalam sebatiannya dengan 0 negara pengoksidaan (ND⁰, dalam aloi), +1 (nd⁺), +2 (nd²⁺), +3 (nd³⁺) dan +4 (nd⁴⁺), Menjadi +3 yang paling stabil dan biasa, seperti dengan lantanid lain.

Elektronegativiti

1.14 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

Pertama: 533.1 kJ/mol (ND⁺ gas)

Kedua: 1040 kJ/mol (ND²⁺ gas)

Ketiga: 2130 kJ/mol (ND³⁺ gas)

Urutan magnet

Paramagnetic. Hampir tidak tertarik dengan lemah oleh magnet. Walau bagaimanapun, apabila anda dihiasi dengan atom besi dan boron, ia memperoleh ketepuan magnet; iaitu, ia mencapai keadaan maksimum magnetisasi, jadi ia akan menjadi magnet yang kuat.

Pada suhu di bawah 20 k neodymium menjadi bahan antiferromagnetik.

Kereaktifan dan sebatian

Neodymium adalah salah satu logam paling reaktif dalam siri Lantanide. Ia mesti disimpan dari jangkauan oksigen, kerana ia berjalan dengan cepat, kerana oksida yang terhasil dipecahkan tanpa dapat melindungi bahagian dalam logam dari pengoksidaan berikutnya:

Boleh melayani anda: elektrolit lemah: konsep, ciri, contoh

4 nd + 3 o₂ → 2 nd₂Sama ada₃

Pengoksidaan ini mempercepatkan pada 150 ºC, membakar neodymium dengan intensiti.

Bukan sahaja ia bertindak balas dengan cepat dengan oksigen, tetapi juga dengan bahan berasid, seperti asid hidroklorik, untuk melepaskan hidrogen dan menghasilkan garam neodymium:

2 ND + 6 HCl → 2 NDCL₃ + 3 jam₂

Penyelesaian sebatian neodymium menunjukkan warna merah jambu, ciri yang juga dilihat di Erbio, Lantanid lain. Walau bagaimanapun, apabila ia diterangi dengan lampu lampu pendarfluor, mereka berubah kuning. Catatan sebagai contoh gambar yang lebih rendah:

a) penyelesaian sulfat, nitrat dan neodymium chloride (III) di bawah cahaya matahari; b) penyelesaian yang sama tetapi diterangi dengan lampu pendarfluor padat. Sumber: w. OELEN/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

Penyelesaian garam nd₂(SW₄)₃, ND (tidak₃)₃ dan NDCL₃ Mereka berwarna merah jambu atau ungu jika mereka menyerap cahaya matahari; Tetapi kekuningan atau tidak berwarna (lihat penyelesaian nitrat) apabila ia diterangi dengan sumber cahaya yang lain, seperti lampu pendarfluor padat.

Fenomena ini disebabkan oleh peralihan elektronik F-F, yang band penyerapannya berinteraksi dengan cahaya yang disinari.

Memperoleh

Neodymium ditemui di batu -batu igneus korteks bumi yang mengintegrasikan banyak mineral di mana lanthanides mendominasi. Di antara mineral ini, bastnasit dan monacite menonjol, yang termasuk semua keluarga atau varian mereka mengandungi sekitar 10-18% daripada neodymium yang boleh dieksploitasi. Oleh itu, Bastnasita dan monacite adalah sumber mineralogi utamanya.

Ion nd³⁺ Mereka mesti dipisahkan dari matriks yang terdiri daripada oksida lanthanide yang lain dan kekotoran lain. Untuk melakukan ini, teknik kromatografi pertukaran ion dan pengekstrakan cecair cecair digunakan.

Selesai ini, dan bergantung kepada proses yang dipilih, ion neodymium diperolehi sebagai oksida mereka atau mana -mana halida (NDX₃).

Oksida, ND₂Sama ada₃, Ia dapat dikurangkan dengan natrium logam dengan kehadiran kalsium klorida, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan kimia berikut:

Nd₂Sama ada₃ + 3 CACL₂+ 6 na → 2 nd + 3 cao + 6 NaCl

Sebaliknya, NDCL₃ Ia dapat dikurangkan menjadi neodymium logam oleh elektrolisis, atau dengan pengurangan logamothermal menggunakan kalsium sebagai ejen pengurangan.

Penggunaan/aplikasi

Fotografi

Neodymium -goted kaca digunakan sebagai penapis kuning di kamera.

Seramik

Mentol yang dibuat dengan kaca neodymium dan diterangi oleh sumber cahaya yang berbeza. Sumber: Scientific29/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

Jualan atau Neodymium Oxide digunakan sebagai bahan tambahan untuk menyediakan pewarnaan kaca atau ungu ke kaca. Sebaliknya, gelas Neodymium juga mempunyai keanehan, seperti yang dinyatakan sebelum ini, untuk menunjukkan warna yang berbeza bergantung kepada cahaya insiden, seperti yang dilihat dalam imej di bawah:

Boleh melayani anda: persamaan Arrhenius

Di sebelah kiri, mentol menunjukkan warna kebiruan di bawah cahaya pendarfluor; Semasa di sebelah kanan, ia berubah dalam warna merah jambu di bawah cahaya pijar.

Sebaliknya, mentol doping neodymium juga mempunyai ciri -ciri memancarkan lampu yang lebih bijak, kerana mereka menyerap pelepasan kekuningan.

Gelas kimpalan

Gelas pengimpal mengandungi neodymium, yang menyerap pelepasan natrium yang sengit, dengan itu menghapuskan kilat kuning pijar.

Laser

Anda diterbitkan semula dengan laser ND-yag dicirikan oleh warna hijau yang menarik. Sumber: Giorgio Brida dari Torino, Itali/CC oleh (https: // creativeCommons.Org/lesen/by/2.0)

Neodymium Oxide digunakan untuk melengkapkan kaca yang digunakan dalam pembinaan kuasa tinggi, yang mampu memulakan reaksi penggabungan.

Rasuk laser neodymium lain, seperti ND: YAG (neodymium-kelabu ititrium dan aluminium) telah digunakan untuk rawatan kanser kulit, penyingkiran rambut badan, dan pemotongan atau penggerudian keluli.

Magnet

Sfera magnet neodymium ditetapkan untuk magnetisasi kekal dan kuatnya. Sumber: © Nevit Dilmen/CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

Nd-fe-b (nd₂Iman₁₄B) dan magnetisasi yang tinggi, digunakan untuk menghasilkan magnet yang kuat. Ini adalah kecemerlangan magnet, kerana mereka adalah yang paling kuat yang pernah dibina. Walau bagaimanapun, beberapa kelemahan mempunyai: Dalam bentuk yang paling murni mereka kehilangan sifat magnet mereka pada suhu tinggi, dan mereka mudah menghancurkan dan patah.

Untuk menyelesaikan kesulitan ini. Oleh itu, magnet neodymium digunakan dalam penjana elektrik untuk turbin angin dan angin, peralatan perubatan, mainan, telefon bimbit, mikrofon, gitar elektrik, dll.

Magnet neodimium terdiri daripada aloi nd-fe-b, yang juga mengandungi bahan tambahan lain, yang menjadi sebahagian daripada mereka logam nadir lain. Kekuatan yang mereka menarik adalah seperti itu, bahawa adalah mungkin untuk mengumpulkan mereka untuk mencipta angka yang berbeza, seperti silinder imej di atas.

Juga, magnet ini berfungsi sebagai hobi bagi mereka yang ingin membuktikan daya tarikan mereka antara dua objek, memerhatikan bagaimana mereka menghancurkannya dalam proses. Lihat contoh video berikut:

Bergantung pada saiz, komposisi, dan suhu, magnet ini bahkan boleh berbahaya, kerana mereka akan menarik objek besar ke arah mereka yang dapat memukul seseorang.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Editor enyclopaedia Britannica. (2020). Neodymium. Pulih dari: Britannica.com
3. Wikipedia. (2020). Neodymium. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
4. Mohammad Reza Ganjali et al. (2016). Lanthanides Series Deterion dengan pelbagai kaedah analisis. Scientedirect.
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Fakta Elemen Neodymium. Pulih dari: chemicool.com
6. Sharma, r.Ke. (1987). Proses Pengeluaran Neodymium. Jom 39, 33-37. doi.org/10.1007/BF03259468