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钕   60Nd
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-



外观
银白色
概况
名称·符号·序数钕(Neodymium)·Nd·60
元素类别镧系元素
·周期·不适用 ·6·f
标准原子质量144.242
电子排布[Xe] 4f4 6s2
2, 8, 18, 22, 8, 2
钕的电子层(2, 8, 18, 22, 8, 2)
物理性质
物态固态
密度(接近室温
7.01 g·cm−3
熔点时液体密度6.89 g·cm−3
熔点1297 K,1024 °C,1875 °F
沸点3347 K,3074 °C,5565 °F
熔化热7.14 kJ·mol−1
汽化热289 kJ·mol−1
比热容27.45 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1595 1774 1998 (2296) (2715) (3336)
原子性质
氧化态3, 2(弱碱性)
电负性1.14(鲍林标度)
电离能第一:533.1 kJ·mol−1

第二:1040 kJ·mol−1

第三:2130 kJ·mol−1
原子半径181 pm
共价半径201±6 pm
杂项
晶体结构六方
磁序顺磁性、20K以下反铁磁性
电阻率(室温) (α,聚合物) 643 n Ω·m
热导率16.5 W·m−1·K−1
热膨胀系数(室温) (α,聚合物) 9.6 µm/(m·K)
声速(细棒)(20 °C)2330 m·s−1
杨氏模量(α晶型)41.4 GPa
剪切模量(α晶型)16.3 GPa
体积模量(α晶型)31.8 GPa
泊松比(α晶型)0.281
维氏硬度343 MPa
布氏硬度265 MPa
CAS号7440-00-8
最稳定同位素
主条目:钕的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
142Nd 27.2% 稳定,带82个中子
143Nd 12.2% 稳定,带83个中子
144Nd 23.8% 2.29×1015y α 1.905 140Ce
145Nd 8.3% >6×1016y α 无数据 141Ce
146Nd 17.2% 稳定,带86个中子
148Nd 5.7% >3×1018y α 无数据 144Ce
150Nd 5.6% 6.7×1018y ββ 3.367 150Sm

拼音注音ㄋㄩˇ粤拼neoi5;英语:Neodymium;旧译),是一种化学元素,其化学符号Nd原子序数为60,原子量144.242 u,属于镧系元素,也是稀土元素之一。钕是一个坚硬,可以延展的银白色金属,较活泼,室温下在空气中缓慢氧化,能与水和作用放出。有顺磁性。氧化后,会形成+2, +3和+4氧化态的化合物。 存在于独居石中,由含水氯化钕经脱水后用金属还原,或由无水氯化钕经熔融后电解而制得。用于制造特种合金、电子仪器和光学玻璃。在制造激光器材方面,有着重要的应用。1885年由冯·韦尔塞巴赫发现。

性质

物理性质

钕是一种稀土金属。金属钕具有明亮的银色金属光泽。钕有两种同素异形体,会从六方晶系转换成体心立方晶系,转变温度 863 °C。钕在室温下是顺磁性的,在冷却到 20 K(−253.2 °C)时变成反铁磁性的。 钕和的合金,也就是钕磁铁铁磁性的。

化学性质

钕在标准情况下会迅速氧化, 在 150 °C 时准备燃烧成氧化钕。钝化后的钕的外层会形成一层氧化钕,剥开后里面的钕会继续和氧气反应:

4Nd + 3O
2
→ 2Nd
2
O
3

钕的电正性很大,和冷水反应较慢,但和热水反应迅速,形成氢氧化钕:

2Nd (s) + 6H
2
O (l) → 2Nd(OH)
3
(aq) + 3H
2
(g)

金属钕和所有的卤素剧烈反应:

2Nd (s) + 3F
2
(g) → 2NdF
3
(s) (紫色)
2Nd (s) + 3Cl
2
(g) → 2NdCl
3
(s) (粉紫色)
2Nd (s) + 3Br
2
(g) → 2NdBr
3
(s) (紫色)
2Nd (s) + 3I
2
(g) → 2NdI
3
(s) (绿色)

钕和稀硫酸反应,形成含有紫丁香色的 Nd(III) 离子的溶液。它以 [Nd(OH2)9]3+ 配合物的形式存在:

2Nd (s) + 3H
2
SO
4
(aq) → 2Nd3+ (aq) + 3SO2−
4
(aq) + 3H
2
(g)

化合物

钕化合物包括:

  • 卤化物:氟化钕 (NdF3),四氟化钕(NdF4),氯化钕 (NdCl3),溴化钕 (NdBr3),碘化钕 (NdI3)
  • 氧化物:氧化钕 (Nd
    2
    O
    3
    )
  • 硫化物:一硫化钕 (NdS),三硫化二钕(Nd
    2
    S
    3
    )
  • 氮化物:氮化钕 (NdN)
  • 氢氧化物:氢氧化钕 (Nd(OH)
    3
    )
  • 磷化物:磷化钕 (NdP)
  • 碳化物:碳化钕 (NdC
    2
    )
  • 硝酸盐:硝酸钕 (Nd(NO
    3
    )
    3
    )
  • 硫酸盐:硫酸钕 (Nd
    2
    (SO
    4
    )
    3
    )
硫酸钕

一些钕化合物的颜色会随着光线而变化。

同位素

天然钕由五种同位素组成,分别是142Nd、143Nd、145Nd、146Nd 和148Nd。其中,142Nd 是最常见的,占了 27.2% 。钕有两种天然的放射性同位素144Nd 和150Nd。截至2010年,31 放射性钕同位素是已知的,最稳定的两种在天然中存在。它们分别是 144Nd (α衰变半衰期 2.29×1015 年)和150Nd (双β衰变, 半衰期约为 7×1018)。剩下的放射性同位素半衰期都低于11天,大部分少于 70 秒。钕也有 13 个已知的核同质异能素,其中最稳定的是 139mNd (半衰期 5.5 小时),135mNd(半衰期 5.5 分钟)和 133m1Nd (半衰期 ~70 秒)。

历史

卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫英语Carl Auer von Welsbach (1858–1929),钕的发现者

钕是由奥地利化学家卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫英语Carl Auer von Welsbach于1885年在维也纳发现的。它在硝酸溶液中对镨钕的硝酸盐进行分步结晶英语fractional crystallization (chemistry),从镨钕中分离了钕。韦尔斯巴赫通过光谱学确认了钕的存在,但是得到的样本纯度低。Didymium 是由卡尔·莫桑德尔英语Carl Gustaf Mosander在 1841年发现的,但 1925年才分离到了纯的钕。neodymium 这个名称由希腊文字 neos (νέος),意为新和 didymos (διδύμος),意为双胞胎组成。

危险性

危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有害物质的标签图案
GHS提示词 Warning
H-术语 H315, H319, H335
P-术语 P261, P305+351+338
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
 
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

金属钕的粉尘是可燃的,会引起爆炸。钕化合物和所有镧系元素化合物一样,具有中低毒性。然而,其毒性尚未得到彻底调查。钕粉尘和盐对眼睛和粘膜有很强的刺激性,对皮肤有中度刺激性。吸入钕粉尘会造成肺栓塞,累积接触会损害肝脏。钕也可作为抗凝剂,尤其是静脉注射时。

钕磁铁已经过医疗用途的测试,例如磁性支架和骨骼修复,但生物相容性英语Biocompatibility阻碍了其广泛应用。可商购的钕磁铁的磁性很强,在远处时仍可相互吸引。如果不小心,它们就会迅速并有力地吸引,造成受伤。有人使用两个钕磁铁从 50 厘米远的地方相互吸引时,直接夹断他的手指。

这些强力钕磁铁的另一个危害是当摄入不止一个钕磁铁时,它们会相互吸引并夹伤胃肠道中的软组织。这导致约 1700 次急诊室就诊 和钕磁铁玩具的召回。

注释

  1. ^ “釢”亦为化学元素的旧译,因造成混淆而采用新译

外部链接


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