Практическое применение и свойства неодима
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
одом полураспада 2,4*1015 лет. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов (их около десятка) только один 147Nd может служить в качестве радиоактивного индикатора. Он испускает ?-, ?-лучи и имеет период полураспада 11,1 дня. Все остальные изотопы неодима очень короткоживущи.
Получение
Минералы редкоземельных элементов сложны по составу и очень трудно выделить из них содержащиеся элементы. Но еще сложнее разделить смесь редкоземельных элементов. Наиболее старые, классические методы разделения: дробная, фракционная кристаллизация и дробное основное осаждение. В настоящее время развиваются новые методы: хроматография (ионный обмен) и экстракция органическими растворителями.
При разделении редкоземельных элементов неодим концентрируется вместе с легкими лантаноидами (цериевая подгруппа) и выделяется вместе с празеодимом, такую смесь празеодима и неодима называют дидимом. Затем неодим очищают от примесей методом ионного обмена (с помощью этилендиаминтетрауксусной кислоты или с использованием Cu-смолы) или методом разделения из смесей хлоридов.
Металлический неодим получают из безводных галогенидов электролизом их расплава, в присутствии галогенидов лития, калия, кальция, бария:
NdCl3 (расплав) > 2Nd + 3Cl2^
А также термическим восстановлением оксида неодима (III) кальцием:
2O3 + 3Ca > 2Nd + 3CaO.
Физические свойства
Неодим, как и все лантаноиды, является переходным f-элементом, так как при увеличении заряда ядра от 57 до 71 происходит заполнение 4f-подуровня. Поэтому лантаноиды обладают исключительно близкими друг к другу свойствами.
Неодим - серебристо-белый, типичный металл. Его цвет связан с присутствием на его поверхности оксидной пленки. Неодим - пластичный, тугоплавкий, ковкий, но обладающий относительно невысокой твердостью металл, легко поддается механической обработке. Обладает парамагнитными свойствами, которые объясняются наличием недостроенного 4f-подуровня, обладающего высокой магнитной активностью.
Химические свойства
Неодим - активный металл, по своему поведению при реакциях похож на лантан. Во влажном воздухе он покрывается оксидно-гидроксидной пленкой.
Nd + 6H2O + 3O2 > 4Nd(OH)3.
Неодим пассивируется в холодной воде, не реагирует со щелочами и этанолом, но взаимодействует с водой при нагревании:
Nd + 6H2O (гор.) > 2Nd(OH)3v + 3H2^
Неодим является сильным восстановителем, бурно реагирует с кислотами:
Nd + 6HCl (разб.) > 2NdCl3 + 3H2^
Nd + 6 HNO3 (конц.) > Nd(NO3)3 + 3NO2^ + 3H2O.
Во фтороводородной и ортофосфорной кислотах неодим устойчив, так как покрывается защитной пленкой нерастворимых солей.
При 300оС сгорает на воздухе:
Nd + 3O2 > 2Nd2O3.
Взаимодействует с галогенами
с хлором (при 300оС):
Nd + 3Cl2 > 2NdCl3
А при нагревании взаимодействует с азотом, серой, углеродом, кремнием, фосфором, водородом
с серой (при 500-800оС):
Nd + 3S > Nd2S3
с оксидом азота (IV):
+ 6NO2 > 3NO + Nd(NO3)3
с водородом (при 300оС):
Nd + 3H2 > 2NdH3.
С большинством металлов дает сплавы.
Соединения неодима
Неодим в соединениях проявляет только одну степень окисления +3, для него известны многочисленные бинарные соединения и разнообразные соли. Окраска соединений у него неодинаковая: оксид Nd2O3 голубовато-фиолетовый, нитрат и хлорид - сиреневые, фторид NdF3 - светло-розовый, бромид NdBr3 - фиолетовый, иодид NdI3 - зеленый, сульфид Nd2S3 - темно-зеленый, карбид NdC - коричневый, гексаборид NdB6 - синий и т. п.
Оксид неодима (III) Nd2O3
Температура плавления оксида неодима 2320оС, температура кипения - 4300оС, плотность - 7,327 г/см3. Оксид неодима получают разложением нитрата, оксалата и других солей неодима на воздухе при 800-1000оС:
Nd(NO3)3 > Nd2O3 + 3N2O5^
Это голубовато-фиолетовые кристаллы, нерастворимые в воде и щелочах. Оксид неодима проявляет слабоосновные свойства и растворяется в кислотах:
2O3 + 6HCl > 2NdCl3 + 3H2O.
При взаимодействии с оксидами щелочных металлов проявляет некоторые амфотерные свойства:
O3 + Na2O > 2NaNdO2.
Фторид неодима (III) NdF3
Бледно-розовые кристаллы, нерастворимые в воде. Температура плавления фторида 1377оС, температура кипения - 2300оС. Фторид неодима получают взаимодействием оксида неодима с фтороводородом при 700оС:
редкоземельный элемент неодим соединение
Nd2O3 + 6HF > 2NdF3 + 3H2O.
Хлорид неодима (III) NdCl3
Розово-фиолетовые гигроскопичные кристаллы, растворимые в воде. Температура плавления хлорида 758оС, температура кипения - 1690оС, плотность - 4,134 г/см3.
Хлорид неодима получают взаимодействием смеси хлора и тетрахлорметана с оксидом или оксалатом неодима при температуре выше 200оС.
При взаимодействии с бромоводородом и иодоводородом хлорид неодима легко переходит в соответствующий галогенид, может образовывать гидраты. Безводный хлорид применяют для получения металлического неодима металлотермическим способом.
Гидроксид неодима (III) Nd(OH)3
При добавлении растворов щелочей к солям неодима в осадок выпадают либо основные соли, либо гидроксид:
(NO3)3 + 2KOH > Nd(OH)2NO3 + 2KNO3(NO3)3 + 3KOH > Nd(OH)3v + 3KNO3.
Гидроксид неодима нерастворим, имеет слабоосновный характер. Поэтому он не растворяется в разбавленных щелочах, но легко растворяется в кислотах с образованием солей. В концентрированных растворах щелочей растворение хотя и происходит с образованием солей типа MNdO2, но эти соли немедленно гид