Neodym

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Neodym, Nd, 60
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrigweiß, gelblicher Farbton
CAS-Nummer 7440-00-8
Massenanteil an der Erdhülle 22 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 144,24 u
Atomradius (berechnet) 185 (206) pm
Kovalenter Radius 201 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f4 6s2
1. Ionisierungsenergie 533,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1040 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2130 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 7,003 g/cm3 (25 °C)[3]
Magnetismus paramagnetisch (\chi_{m} = 3,6 · 10−3)[4]
Schmelzpunkt 1297 K (1024 °C)
Siedepunkt 3303 K[5] (3030 °C)
Molares Volumen 20,59 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 289 kJ/mol[5]
Schmelzwärme 7,1 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 2330 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 190 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 1,56 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 17 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände 3 , 4
Normalpotential −2,32 V
(Nd3+ + 3 e → Nd)
Elektronegativität 1,14 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
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
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
Er(1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
143Nd 7/2 −1,457 · 107 5,45
145Nd 7/2 −0,898 · 107 3,36
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [6]
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335
P: 261​‐​305+351+338 [6]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [7][8]
Leichtentzündlich Reizend
Leicht-
entzündlich
Reizend
(F) (Xi)
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 mit dem Elementsymbol Nd und der Ordnungszahl 60. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden. Die Elementbezeichnung leitet sich von den griechischen Worten νέος neos ‚neu‘ und δίδυμος didymos ‚Zwilling‘ (als Zwilling von Lanthan) ab. Das Metall wird vor allem für starke Magnete verwendet.

Geschichte[Bearbeiten]

Neodym

1841 extrahierte Carl Gustav Mosander die seltene Erde Didym aus Lanthanoxid. 1874 bemerkte Per Teodor Cleve, dass es sich bei Didym eigentlich um zwei Elemente handelte. Im Jahr 1879 isolierte Lecoq de Boisbaudran Samarium aus Didym, das er aus dem Mineral Samarskit gewann. 1885 gelang es Carl Auer von Welsbach, Didym in Praseodym und Neodym zu trennen, die Salze unterschiedlicher Farbe bilden.[9] Reines metallisches Neodym wurde erst 1925 dargestellt.

Vorkommen[Bearbeiten]

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

Der wichtigste Lieferant mit 97 % der Weltproduktion ist China.[10] Das führt dort zu erheblichen Umweltproblemen. „Bei der Trennung des Neodyms vom geförderten Gestein entstehen giftige Abfallprodukte, außerdem wird radioaktives Uran und Thorium beim Abbauprozess freigesetzt. Diese Stoffe gelangen zumindest teilweise ins Grundwasser, kontaminieren so Fauna und Flora erheblich und werden für den Menschen als gesundheitsschädlich eingestuft“.[11] Weitere wirtschaftlich verwertbare Vorkommen finden sich in Australien.

Gewinnung und Herstellung[Bearbeiten]

Wie bei allen Lanthanoiden werden zuerst die Erze durch Flotation angereichert, danach die Metalle in ihre Halogenide umgewandelt und durch fraktionierte Kristallisation, Ionenaustausch oder Extraktion getrennt.

Nach einer aufwendigen Abtrennung der Neodymbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zu Neodym(III)-fluorid umgesetzt und anschließend mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zu Neodym reduziert. Calciumreste und Verunreinigungen trennt man durch Umschmelzen im Vakuum ab. Die Herstellung durch Elektrolyse von Neodymhalogeniden wird heute selten angewandt.

\mathrm{2\ NdF_3\ +\ 3\ Ca\ \longrightarrow \ 2\ Nd\ +\ 3\ CaF_2}

Die chinesische Regierung hat angekündigt, schärfere Umweltauflagen einzuführen und stärker gegen illegale Minen vorzugehen. Anfang Juni 2011 scheint es zu einer ersten Umsetzung dieser Absicht gekommen zu sein. Laut Berichten der Financial Times erhält der staatseigene Produzent (Baotou Steel Rare Earth) das Monopol für den Abbau und die Aufbereitung der Seltenen Erden. 35 lizenzierte Betriebe werden geschlossen und entschädigt, neun weitere nicht lizenzierte Betriebe sollen geschlossen und nicht entschädigt werden.[12] In den U.S.A. wird derzeit die Mountain Pass Mine in Kalifornien und in Australien die Mount Weld Mine reaktiviert. Beiden Minen werden vom Öko-Institut e. V. akzeptable Umweltschutzsysteme bescheinigt. Allerdings gibt es auch Vorhaben zum kombinierten Abbau Seltener Erden in Grönland, bei denen die giftigen Rückstände in Seen verklappt werden sollen.[13]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Kristallstruktur des Neodyms

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

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, welche an der Luft abblättern kann.

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

Bei hohen Temperaturen verbrennt Neodym 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[Bearbeiten]

Verbindungen[Bearbeiten]

Oxide[Bearbeiten]

Halogenide[Bearbeiten]

Andere Verbindungen[Bearbeiten]

Sonstige Stoffe[Bearbeiten]

Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B) ist der Werkstoff, aus dem derzeit die stärksten Dauermagnete hergestellt werden können. Sie erreichen eine Remanenz von bis zu 1,4 Tesla. Die Koerzitivfeldstärke jHc schwankt im Bereich von 870 bis 2750 kA/m.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Neodym) entnommen.
  3. N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  4. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  5. a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks, in: Journal of Chemical & Engineering Data, 2011, 56, S. 328–337 (doi:10.1021/je1011086).
  6. a b Datenblatt Neodymium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 5. Februar 2013 (PDF).
  7. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  8. Eintrag zu Neodym in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 5. Februar 2013 (JavaScript erforderlich).
  9. Carl Auer v. Welsbach: "Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente", Monatshefte für Chemie, 1885, 6 (1), S. 477–491 (doi:10.1007/BF01554643).
  10. Spiegel Online, 10. April 2009: Das neue Gold
  11. Panorama-Sendung vom 28. April 2011: Das schmutzige Geheimnis sauberer Windräder.
  12. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatMichelle Röttger: China säubert den Markt für Seltene Erden. Financial Times, 9. Juni 2011, S. 2, archiviert vom Original am 11. Juni 2011, abgerufen am 26. Juni 2011 (Studie).
  13. a b Mandy Schoßig: Seltene Erden – Daten & Fakten, Öko-Institut e. V., Berlin, Januar 2011.
  14. Ca. 2 t Neodymium werden für jede Windturbine benötigt: "Around two tonnes of neodymium are needed for each wind turbine"

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Neodym – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Neodym – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen