นีโอดิเมียม

นีโอดิเมียม (อังกฤษ: Neodymium) เป็นธาตุโลหะลักษณะเงินมันวาวหายาก เมื่อสัมผัสอากาศสีจะหมองเพราะเกิดสนิมสารประกอบออกไซด์ หมายเลขอะตอมคือ 60 สัญลักษณ์ Nd จัดอยู่ในกลุ่มแลนทาไนด์ มีปริมาณบนพื้นโลกมากเป็นอันดับ2 ในกลุ่มเดียวกันรองจากซีเรียม นีโอดีเมียมเป็นธาตุที่ไม่ได้พบในรูปแบบโลหะหรือบริสุทธิ์เหมือนกับธาตุอื่นๆในกลุ่มแลนทาไนด์ และนีโอดีเมียมยังใช้การกลั่นปกติสำหรับการใช้งานทั่วไป แม้ว่านีโอดิเมียมถูกจัดว่าเป็น "ธาตุที่หายาก" มีการกระจายกันอย่างแพร่หลายในโลกอยู่ในชั้นเปลือกโลก ส่วนใหญ่นีโอดิเมียมในโลกจะขุดได้ที่ในประเทศจีน^[1]

นีโอดิเมียม เพรซีโอดิเมียม ← → โพรมีเทียม - ↑ Nd ↓ U
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอม	นีโอดิเมียม, Nd, 60
อนุกรมเคมี	แลนทาไนด์
หมู่, คาบ, บล็อก	?, 6, f
ลักษณะ	สีขาวเงิน, ออกเหลือง
มวลอะตอม	144.24 (3) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[Xe] 4f4 6s2
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 8, 18, 22, 8, 2
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)	7.01 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.	6.89 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว	1297 K (1024 °C)
จุดเดือด	3347 K(3074 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว	7.14 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	289 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ	(25 °C) 27.45 J/(mol·K)
ความดันไอ P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T K 1595 1774 1998 (2296) (2715) (3336)
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึก	hexagonal
สถานะออกซิเดชัน	3 (ออกไซด์เป็นเบสปานกลาง)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	1.14 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน (เพิ่มเติม)	ระดับที่ 1: 533.1 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 2: 1040 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 3: 2130 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม	185 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)	206 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็ก	?
ความต้านทานไฟฟ้า	(r.t.) (α, poly) 643 nΩ·m
การนำความร้อน	(300 K) 16.5 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน	(r.t.) (α, poly) 9.6 µm/(m·K)
อัตราเร็วของเสียง (แท่งบาง)	(20 °C) 2330 m/s
มอดุลัสของยัง	(α form) 41.4 GPa
โมดูลัสของแรงเฉือน	(α form) 16.3 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด	(α form) 31.8 GPa
อัตราส่วนปัวซง	(α form) 0.281
ความแข็งวิกเกอร์ส	343 MPa
ความแข็งบริเนล	265 MPa
เลขทะเบียน CAS	7440-00-8
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของนีโอดิเมียม iso NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP 142Nd 27.13% Nd เสถียร โดยมี 82 นิวตรอน 143Nd 12.18% Nd เสถียร โดยมี 83 นิวตรอน 144Nd 23.8% 2.29E15 y α 1.905 140Ce 145Nd 8.3% Nd เสถียร โดยมี 85 นิวตรอน 146Nd 17.19% Nd เสถียร โดยมี 86 นิวตรอน 148Nd 5.76% Nd เสถียร โดยมี 88 นิวตรอน 150Nd 5.64% 1.1E19 y β-β- 3.367 150Sm
แหล่งอ้างอิง

นีโอดิเมียมเป็นธาตุที่อยู่ในบล็อกF จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละชั้นนีโอดีเมียม คือ 2, 8, 18, 22, 8, 2 และการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของมันคือ [Xe]4f46s2 นีโอไดเมียเป็นที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดของธาตุหายากหลังจากซีเรียมและแลนทานัม

ประวัติ

นีโอดีเมียมถูกค้นพบโดย Carl Auer von Welsbach เป็นนักเคมีชาวออสเตรียในเมืองVienna ในปี 1885 เขาแยกนีโอดิเมียมเช่นเดียวกับองค์ประกอบธาตุเพรซีโอดิเมียม

สารประกอบ

สารประกอบนีโอดิเมียม มีดังนี้:

• Fluorides
  • NdF₃
• Chlorides
  • NdCl₂
  • NdCl₃
• Bromides
  • NdBr₂
  • NdBrs₃
• Iodides
  • NdI₂
  • NdI₃
• Oxides
  • Nd₂O₃
• Sulfides
  • NdS
  • Nd₂S₃
• Selenides
  • NdSe
• Tellurides
  • NdTe
  • Nd₂Te₃
• Nitrides
  • NdN
• sulfate : นีโอดิเมียม (III) ซัลเฟต (Nd₂(SO₄)₃)
• ชนิดของสารประกอบนีโอดิเมียมบางสารที่มีสีแต่งต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของแสงที่ได้รับ

แม่เหล็กถาวร

แม่เหล็กนีโอดีเมียม (ที่จริงเป็นส่วนผสม, Nd₂Fe₁₄B)) เป็นแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่ง แม่เหล็ก ที่รู้จักกัน แม่เหล็กนีโอดีเมียมแค่ไม่กี่กรัมสามารถยกน้ำหนักพันเท่าน้ำหนักของมันเองได้ แม่เหล็กนีโอดีเมียมมีราคาถูกกว่า เบาและแข็งแรงกว่า แม่เหล็กซาแมเรียมโคบอลต์ แต่แม่เหล็กนีโอดีเมียมไม่ได้เหนือกว่าในทุกด้าน แม่เหล็กนีโอดีเมียมก็มีการสูญเสียอำนาจแม่เหล็กของพวกมันเองได้ที่อุณหภูมิสูงและอาจที่จะเกิดสนิม ในขณะที่แม่เหล็กซาแมเรียมโคบอลต์ไม่สามารถเกิดได้

• การใช้ประโยชน์นีโอดิเมียมหนีไม่พ้นเรื่องแม่เหล็กถาวร ปัจจุบันถือได้ว่า แม่เหล็กนีโอดิเมียมมีคุณสมบัติโดดเด่นที่สุดและแพร่หลายที่สุด แม่เหล็กนี้พัฒนาขึ้นเมื่อ ค.ศ.1984 โดยทีมงานของมะซะโตะ ซะกะวะ(Masato Sagawa) แห่งบริษัทซุมิโตโมเปเชียลเมทัลส์ (Sumitomo Special Metals ปัจจุบันคือ บริษัท ฮิตาชิเมทัลส์ (Hitachi Metals)) แม่เหล็กนี้เป็นส่วนผสมของนีโอดิเมียม เหล็กFe และ โบรอนB

• เมื่อเปรียบเทียบแม่เหล็กนีโอดิเมียมกับแม่เหล็กอื่น พบว่ามีพลังสูงกว่าแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ (ferrite magnet) ถึง10เท่า และสูงกว่าแม่เหล็กซาแมเรียมโคบอลต์(samarium-cobalt magnet) 1.7เท่า ยิ่งไปกว่านั้น นีโอดิเมียมยังเป็นแลนทาไนด์ที่หามายาก เมื่อนำมาผสมกับเหล็กซึ่งมีราคาถูก จึงมีจุดเด่นในเรื่องต้นทุนต่ำ

• อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กนีโอดิเมียมยังมีข้อด้อยคือ ขึ้นสนิมได้ง่าย และอ่อนไหวง่ายต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งกำลังพัฒนาเพื่อปรับปรุงจุดนี้ นิยมใช้แม่เหล็กนีโอดิเมียมกับลำโพง เฮดโฟน มอเตอร์เล็กๆในโทรศัพท์มือถือ เป็นต้น แล้วยังใช้เป็นแม่เหล็กในตุ้มหูอีกด้วย

การใช้ประโยชน์

• การใช้งานที่สำคัญที่สุดสำหรับนีโอดิเมียมอยู่ในโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กและโบรอนที่จะทำให้แม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งมาก การค้นพบนี้ในปี 1983 ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะ ใช้มาทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากรวมทั้งโทรศัพท์มือถือ, ไมโครโฟน, ลำโพงและเครื่องดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ แม่เหล็กเหล่านี้ยังใช้ในการปัดน้ำฝนกระจกหน้ารถและกังหันลม
• นีโอดีเมียมที่เป็นแก้วใช้ในการทำเลเซอร์ จะถูกนำมาใช้เป็นตัวชี้เลเซอร์เช่นเดียวกับในการผ่าตัดตาศัลยกรรมความงามและในการรักษามะเร็งผิวหนัง
• เลเซอร์ที่ใช้นีโอดิเมียมและคริสตัล (YAG) อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน ที่ใช้ในโปรแกรมประยุกต์ทางการแพทย์ ศัลยกรรมและงานอื่น ๆ ที่ต้องการความแม่นยำสูงต่าง ๆ ทั่วไป มันเป็นเลเซอร์ต่ำ mediumpower

กระจกสี

นีโอดิเมียมบริสุทธิ์มีสีเงิน เมื่อถูกออกซิไดซ์จะได้นีโอดิเมียมออกไซด์ สีฟ้า แต่เมื่อผสมกับกระจกจะได้สีแดงม่วง จึงนิยมใช้ทำกระจกสี และยังใช้นีโอดิเมียมเป็นส่วนผสมใน YAG เลเซอร์อีกด้วย

การใช้ในทางเซรามิก

CeO₂ ที่เป็นออกไซด์ผสมที่มี CeO₂ มากกว่าร้อยละ 40 ขึ้นไปปใช้เป็นส่วนผสมในผงขัดแก้วที่มีประสิทธิภาพดี Nd₂O₂ และ Pr₂O₃ ใช้ในการผสมทำแก้วสี และทำแผ่นกรองแสง La₂O₃ ใช้ในการทำแก้วเชิงแสง (optical glass) ที่มีสมบัติพิเศษ คือ กระแสงได้น้อยแต่หักแหแสงได้ดีมาก CeO₂ ผสมในแก้วช่วยเพิ่มเสถียรภาพและช่วยลดความบกพร่องของสีในแก้วเมื่อถูกรังสีแกมมาหรือลำอิเล็กตรอน CeO₂ และ Nd₂O₃ ใช้แก้วสีเขียวในเนื้อแก้วอันเนื่องมาจาก Fe²⁺ ในแก้วของผสม Pr₂O₃ ร้อยละ3 กับ ZrO₂ ใช้ทำน้ำยาเคลือบสีเหลืองสำหรับเซรามิก และ CeO₂ สำหรับน้ำยาเคลือบแบบทึบแสง สารประกอบของแลนทาไนด์กับออกไซด์(oxides) ซัลไฟด์(sulfides) บอไรด์(borides) คาร์ไบด์(carbides) และไนไตรด์(nitrides) ส่วนใหญ่จะมีจุดหลอมเหลวสูงมักใช้เป็นสารทนความร้อน(แต่อาจมีบางชนิดที่ไม่เหมาะในการใช้งานเนื่องจากเกิดปฏิกิริยาได้ง่ายที่อุณหภูมิสูง)^[2]

คุณสมบัติทางเคมี

โลหะนีโอดีเมียมจะหมองช้าในอากาศและมีการเผาไหม้ได้อย่างง่ายดายที่อุณหภูมิประมาณ 150 ° C จะได้เป็น นีโอดิเมียม (III) ออกไซด์ :

4 Nd + 3 O₂ → 2 Nd₂O₃

โลหะนีโอดีเมียมทำปฏิกิริยากับทุกธาตุที่เป็น แฮโลเจน :

2 Nd (s) + 3 F₂ (g) → 2 NdF₃ (s) [สารสีม่วง]

2 Nd (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 NdCl₃ (s) [สารสีม่วง]

2 Nd (s) + 3 Br₂ (g) → 2 NdBr₃ (s) [สารสีม่วง]

2 Nd (s) + 3 I₂ (g) → 2 NdI₃ (s) [สารสีเขียว]

นีโอดีเมียมจะละลายเจิอจางได้ง่ายในกรดกำมะถันในที่มีม่วง Nd (III)ไอออน จะได้เป็น [Nd(OH₂)₉]³⁺ :^[3]

2 Nd (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Nd³⁺ (aq) + 3 SO²⁻
₄ (aq) + 3 H₂ (g)

นีโอดีเมียม มีประจุไฟฟ้าบวกมากและมันตอบสนองช้าด้วยน้ำเย็น แต่ค่อนข้างตอบสนองได้อย่างรวดเร็วด้วยน้ำร้อน จได้เป็น นีโอดิเมียม (III) ไฮดรอกไซ :

2 Nd (s) + 6 H₂O (l) → 2 Nd(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)^[4]

ข้อควรระวัง

นีโอดีเมียมเมื่อเกิดการเผาไหม้หรือระเบิดจะมีความเป็นพิษต่ำถึงปานกลาง ฝุ่นหรือพิษของมันก็ยังไม่ได้รับการตรวจอย่างละเอียด ฝุ่นนีโอดีเมียมเมื่อเข้าตาจะเกิดการระคายเคืองต่อตามาก เมื่อโดนผิวหนังจะระคายเคืองไม่มาก เมื่อสูดดมหายใจเข้าไปในปอดสะสมมากๆ จะเกิดการอุดตันของหลอดเลือดทำให้เกิดความเสียหายต่อตับ นีโอดีเมียมยังทำหน้าที่เป็นสารกันเลือดแข็งโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อได้รับทางเส้นเลือด แม่เหล็กนีโอดีเมียมมีความดึงดูดหากันที่สูงแรงมาก ระวังอย่าเอานิ้วมือไปอยู่ระหว่างแม่เหล็กมันอาจจะทำให้แม่เหล็กหนีบนิ้วมือได้รับการบาดเจ็บได้หรือถึงกับกระดูกแตก^[5]