Практическое применение и свойства неодима
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
Содержание
Введение
Общая характеристика
История открытия
Распространенность в природе и природные изотопы
Получение
Физические свойства
Химические свойства
Соединения неодима
Применение
Заключение
Литература
Введение
Среди 110 известных химических элементов существует 14 элементов-близнецов, чьи свойства похожи друг на друга, как две капли воды. Это так называемые редкоземельные элементы, или лантаноиды. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева они располагаются в одной клетке. Причина такого размещения редкоземельных элементов заключается в своеобразии их электронной структуры и, как следствие, в чрезвычайной близости свойств.
Долгое время эти элементы считались редкими. Лишь исследования последних десятилетий показали, что в земной коре их больше, гораздо больше, чем таких давно известных людям металлов, как свинец, ртуть, золото. Лантаноиды считались малоперспективными для практики. Изготовление кремней для зажигалок было их основным применением.
Развитие техники, главным образом атомной, потребовало новых материалов с самыми разнообразными свойствами. Ученые и инженеры обратили внимание на редкоземельные элементы. Теперь они являются одним из важнейших материалов новой техники. От космических ракет до лекарственных препаратов - таков диапазон их применения.
Поэтому очень важно изучать их индивидуальные свойства и искать новые области применения.
Общая характеристика
Неодим (от греч. neos - новый и didymos - близнец, двойник) - химический элемент III группы 6-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, он относится к редкоземельным элементам - лантаноидам.
Основные константы и свойства неодима:
Атомный номер60Атомная масса144,24Число известных изотопов24Число природных изотопов7МолекулаNdПлотность, г/см37,008Температура плавления, оС1024Температура кипения, оС3027Степени окисления0, +3Потенциал ионизации, эВ5,46Сродство к электрону, эВ-0,52Относительная электроотрицательность1,07Электродный потенциал, В-2,43Конфигурация внешних электронных оболочек атома4f46s2Атомный радиус, пм182Ковалентный радиус, пм164Ионный радиус (Nd3+), пм104Кларк, %2,5*10-3
История открытия
В средние века алхимики выделили группу веществ, почти не растворяющихся в воде и кислотах (из растворов кислот не выделялось пузырьков газа), не изменявшихся при нагревании, не плавившихся и обладающих щелочным характером. Таким веществам дали общее название земли.
В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус обнаружил в заброшенном карьере близ городка Иттерби неизвестный минерал, который впоследствии был назван в честь городка, в котором он был найден, иттербитом. В 1794 году Юхан Гадолин подверг анализу иттербит и показал, что этот минерал, кроме оксидов бериллия, кремния и железа, содержит 38% оксида неизвестного элемента. Новую землю Аксель Эксберг в 1797 году назвал иттриевой, соответствующий элемент - иттрием. Примерно в то же время разные группы исследователей изучали еще один минерал - охроит (Ln2o3 xSiO2 yH2O, где Ln - лантаноид), и в 1803 году почти одновременно и независимо друг от друга Мартин Клапрот и Я. Берцелиус с В. Хизингером выделили из него землю, которую назвали цериевой, элемент - церием, а минерал охрит был переименован в церит. Открытие первого лантаноидного элемента - церия и его родственника - иттрия - наиболее бурная часть первого этапа истории редкоземельных элементов. От этих двух земель потянулась длинная цепочка ложных и истинных открытий новых элементов.
В 1839 году Карл Моссандер, изучая нитрат церия, обнаружил в ней примесь неизвестного элемента. Изучив его, он пришел к выводу, что это новая земля и он назвал ее лантановой, а элемент - лантаном. В 1841 году К. Моссандер выделил из новой земли еще одну. Она была очень похожа на лантановую землю, поэтому соответствующий ей элемент был назван дидимом - от греческого слова дидимос - двойник, или парный.
В 1878 году французский химик М. Деляфонтен обнаружил неоднородность дидима, а в 1879 году Л. Буабодран выделил из него фракцию, соответствующий элемент назвали самарием, а дидим продолжал числиться как элемент. Но в 1885 году австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах разделил дидим на два элемента. Для этого он использовал метод фракционной кристаллизации двойных аммонийных солей: в одну фракцию входили соли зеленого цвета (им соответствовал бледно-зеленый оксид), в другую - соли цвета от фиолетового до красного (им соответствовал серовато-синий оксид). Элемент, дающий соли зеленого цвета, он назвал празеодимом, а второй элемент - неодимом (т. е. новый дидим). В виде металла неодим был получен группой немецких ученых во главе с В. Мутманном в 1902 году.
Распространенность в природе и природные изотопы
Неодим - второй по распространенности среди всех лантаноидов. Его в земной коре даже больше, чем самого лантана, - 2,5*10-3 и 1,8*10-3% по массе соответственно, в морской воде содержится 9,2*10-6 мг/л. Неодим образует собственный минерал - эшинит, где его больше, чем остальных лантаноидов и их спутников - тория, тантала, ниобия, щелочноземельных металлов.
Природный неодим представляет смесь из семи изотопов с массовыми числами: 142 (27,11%), 143 (12,17%), 144 (23,85%), 145 (8,30%), 146 (17,22%), 148 (5,73%), 150 (5,62%). Для изотопов соблюдается геохимический закон: в природе содержание изотопа с четным массовым числом выше, чем соседнего с нечетным. Второй по распространенности изотоп 144Nd ?-радиоактивен с пери