更新时间:2024-08-27 19:23

钕(Neodymium),化学符号Nd,原子序数为60,镧系元素之一,单质为银白色金属,是最活泼的稀土金属之一,熔点1024°C,密度7.004g/cm3,有顺磁性。在空气中能迅速变暗,生成氧化物;在冷水中缓慢反应,在热水中反应迅速。掺钕的钇铝石榴石和钕玻璃可代替红宝石做激光材料,钕和玻璃可做护目镜。钕在稀土领域中扮演着重要角色。

发现历史

发现人

冯·韦尔塞巴赫

发现年代

1885年

发现过程

1839年瑞典人莫桑得尔(C.G.Mosander)发现了镧和镨钕混合物(didymium)。

这之后,各国化学家特别注意从已发现的稀土元素去分离新的元素。

1885年奥地利人韦尔塞巴赫(A.V.Welsbach)从莫桑得尔认为是“新元素”的镨钕混合物中发现了镨和钕。其中一种被命名为neodidymium,后来被简化为neodymium,元素符号Nd,就是钕元素。

钕、镨、钆、钐都是从当时被认为是一种稀土元素didymium中分离出来的。由于它们的发现,didymium不再被保留。而正是它们的发现打开了发现稀土元素的第三道大门,是发现稀土元素的第三阶段。但这仅是完成了第三阶段的一半工作。确切的将应该是打开了铈的大门或完成了铈的分离,另一半就将是打开钇的大门或是完成钇的分离。

理化性质

物理性质

因为钕离子的吸收谱线比较特殊,在不同光源下有不同颜色,荧光灯下从(左到右的是硫酸钕,硝酸钕和氯化钕)

化学性质

金属钕在空气中会慢慢失去光泽。钕可以在空气中迅速燃烧,生成氧化钕(Ⅲ)(Nd2O3)。

银白色的金属钕的电负性相当低,能与冷水发生反应,并与热水迅速反应,生成氢氧化钕和氢气。

金属钕可以与所有的卤素单质发生反应生成三卤化物。金属钕可与氟气(F2)、氯气(Cl2)、溴单质(Br2)、碘单质(I2)反应生成氟化钕(Ⅲ)(NdF3)、氯化钕(Ⅲ)(NdCl3)、溴化钕(Ⅲ)(NdBr3)和碘化钕(Ⅲ)(NdI3)。

化合物

氧化钕,Nd2O3,分子量336.40,为淡紫色固体粉末,易受潮、吸收空气中二氧化碳,不溶于水,能溶于无机酸。相对密度7.24。熔点约1900℃,在空气中加热能部分生成钕的高价氧化物。用于制取永磁材料、玻璃、陶瓷的着色剂和激光材料。在镁或铝合金中添加1.5%~2.5%纳米氧化钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。另外,掺纳米氧化钕的纳米氧化钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺纳米氧化钕的纳米氧化钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。纳米氧化钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品和添加剂。

制备方法

把钕同其他元素分离,并得到纯净的金属钕比较困难。这在很大程度上取决于它在自然界中的存在形式。在自然界中有多种稀土矿,其中以磷钇矿独居石氟碳铈矿最为重要;前两种矿物都是正磷酸盐矿LnPO4(Ln表示除非常稀少的钷以外所有镧系元素组成的集合),而氟碳铈矿则是由氟化物和碳酸盐形成的复盐矿LnCO3F。原子序数为偶数的镧系元素比较常见。上述矿物中最常见的镧系元素主要依次为铈、镧、钕和镨,独居石中还含有钍(锕系元素)和钇。钍及其衰变产物有放射性,这使得它变得更加难以处理。

在很多时候并不需要把各种金属都分离开,但是如果需要那么做,其过程会非常复杂。分离时,用硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)把稀土金属以盐的形式浸取出来。分离纯化这些盐时,现在常用的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。

用金属钙还原NdF3,可以得到纯净的钕。

该反应也可以用其他卤化钕,但在所选用的反应条件下(在氩气中加热至高于金属熔点50℃),生成的氟化钙会比其他卤化钙更易于处理。可在真空条件下把过量的钙从反应混合物中除去。

主要用途

钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位,多年来成为市场关注的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料钕铁硼永磁体的问世,为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高,被称作当代“永磁之王”,以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功,标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5-2.5%钕,可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性,广泛用作航空航天材料。另外,掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束,在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上,掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展,稀土科技领域的拓展和延伸,钕元素将会有更广阔的利用空间。

安全信息

钕对眼睛和黏膜有很强的刺激性,对皮肤有中度刺激性,吸入还可导致肺栓塞和肝损害。

保护措施

2024年6月,公布《稀土管理条例》,自2024年10月1日起施行。

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