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Neodym



Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Neodym, Nd, 60
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrigweiß, gelblicher Farbton
Massenanteil an der Erdhülle %
Atomar
Atommasse 144,24 u
Atomradius (berechnet) 185 (206) pm
Kovalenter Radius 164 pm
Van-der-Waals-Radius pm
Elektronenkonfiguration [Xe]4f46s2
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 22, 8, 2
Austrittsarbeit 3,2 eV
1. Ionisierungsenergie 533,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1040 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2130 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Modifikationen
Kristallstruktur Hexagonal
Dichte 6,8 g/cm3
Mohshärte 2 - 3
Magnetismus
Schmelzpunkt 1297 K (1024 °C)
Siedepunkt 3373 K (3100 °C)
Molares Volumen 20,59 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 273 kJ/mol
Schmelzwärme 7,14 kJ/mol
Dampfdruck

6,03 · 10-3 Pa bei 2890 K

Schallgeschwindigkeit 2330 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 190 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 1,57 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 16,5 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände 3
Oxide (Basizität) (leicht basisch)
Normalpotential -2,431 V (Nd3+ + 3e- → Nd)
Elektronegativität 1,14 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
140Nd

{syn.}

3,37 d ε 0,222 140Pr
141Nd

{syn.}

2,49 h ε 1,823 141Pr
142Nd

27,13 %

Stabil
143Nd

12,18 %

Stabil
144Nd

23,8 %

2,29 · 1015 a α 1,905 140Ce
145Nd

8,3 %

Stabil
146Nd

17,19 %

Stabil
147Nd

{syn.}

10,98 d β 0,896 147Pm
148Nd

5,76 %

Stabil
149Nd

{syn.}

1,728 h β 1,691 149Pm
150Nd

5,64 %

1,1 · 1019 a ββ 3,367 150Sm
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
E fL bei
B = 4,7 T
in MHz
143Nd -7/2 1,455 · 107 0,00338 10,9
145Nd -7/2 8,949 · 106 0,000786 6,69
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
R- und S-Sätze R: 11-36/37/38
S: 16-26-33-36/37/39
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
 

Neodym (Nomenklaturempfehlung war zeitweise: Neodymium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Nd und der Ordnungszahl 60. Die Elementbezeichnung leitet sich von den griechischen Worten neos für „neu“ und didymos für „Zwilling“ ab. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.

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Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Neodym wurde zusammen mit Praseodym 1885 durch Carl F. Auer von Welsbach aus dem von Carl Gustav Mosander entdeckten Didym isoliert. Reines metallisches Neodym wurde erst 1925 dargestellt.

Vorkommen

Neodym kommt in natürlicher Form nur in chemischen Verbindungen vergesellschaftet mit anderen Lanthaniden, vorzugsweise Mineralien, vor:

  • Monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4
  • Bastnäsit ((Ce,La,Th,Nd,Y)(CO3)F)

Mischmetall enthält bis zu 18 % Neodym.

Ein wichtiger Lieferant von Neodym ist China. Weitere wirtschaftlich verwertbare Vorkommen finden sich in Australien. Diese werden aber noch nicht abgebaut, sondern erst in Zukunft von den Firmen Lynas Corp. und Arafura Resources erschlossen. Da die Patente zu gesinterten Permanentmagneten auf Neodymbasis abgelaufen sind, wird der Markt derzeit von billigen Magneten aus China überschwemmt.

Gewinnung und Herstellung

Nach einer aufwendigen Abtrennung der anderen Neodymbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zu Neodymfluorid umgesetzt. Anschließend wird dieses mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zu Neodym reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Die Herstellung durch Elektrolyse von Neodymhalogenen wird heute selten angewandt.

Eigenschaften

Das silbrigweiß glänzende Metall gehört zu den Lanthanoiden und Metallen der Seltenen Erden. Es ist an der Luft etwas korrosionsbeständiger als Europium, Lanthan, Cer oder Praseodym, bildet aber leicht eine rosaviolette Oxidschicht aus, die an Luft abblättert. In der Wärme verbrennt es zum Sesquioxid Nd2O3.
Mit Wasser reagiert es unter Bildung von Wasserstoff zum Neodymhydroxid Nd(OH)3. Mit Wasserstoff setzt es sich zum Hydrid NdH2 um. Neben der Hauptwertigkeit/Oxidationszahl 3 kommen unter besonderen Bedingungen auch die Oxidationszahlen 2 und 4 vor.

Verwendung

  • Neodym-Eisen-Borverbindungen zur Herstellung stärkster Magnete. Sie werden genutzt für Kernspintomographen, Mikromotoren und Festplatten (Positionierung der Schreib-/Leseköpfe), Dauermagnet-Rotoren (z. B. Schritt- und Servomotoren), Linearmotoren für Positionierachsen, hochwertige Lautsprecher und Kopfhörer. Gegenüber den Samarium-Cobalt-Magneten sind sie wesentlich preiswerter.
  • In Batterien und Motoren von Fahrzeugen mit Hybridantrieb
  • Neodymsalze zum Färben von Emaille
  • Blaue Porzellanfarbe
  • Neodymoxid zur Glasfärbung. Es erzeugt sehr warme violette bis weinrote und graue Töne. Solche Gläser besitzen scharfe Absorptionsbanden und werden in der Astronomie zum Kalibrieren benutzt.
  • Entfärben von eisenhaltigem Glas
  • UV-absorbierende Gläser (Sonnenschutzglas)
  • Bestandteil des industriell weitverbreiteten Neodym-YAG-Lasers
  • Neodymoxiddotiertes Bariumtitanat für Kondensator-Dielektrikum
  • Wegen seiner pyrophoren Eigenschaften auch als Legierungspartner mit Cer in Feuersteinen

Verbindungen

  • Neodym(III)-oxid Nd2O3
  • Neodym(IV)-oxid NdO2
  • Neodymacetat Nd(C2H3O2)3
  • Neodymfluorid NdF3
  • Neodymchlorid NdCl3, wasserfrei
  • Neodymchlorid-Hexahydrat NdCl3•6H2O
  • Neodymbromid NdBr3, wasserfrei, zwei Modifikationen
  • Neodymbromid-Hexahydrat NdBr3•6H2O
  • Neodym(II)-bromid NdBr2, nur wasserfrei
  • Neodym(II,III)-bromid Nd4Br9, nur wasserfrei
  • Neodymiodid NdJ3, wasserfrei
  • Neodymjodid-Nonahydrat NdJ3•9H2O

Sonstige Stoffe

Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B) ist derzeit der stärkste Werkstoff für Dauermagnete. Sie erreichen eine Remanenz von bis zu 1,4 Tesla. Die Koerzitivfeldstärke jHc schwankt im Bereich von 870 bis 2750 kA/m.

 
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