Neodym

Eigenschaften
[Xe] 4f4 6s2 60 Nd Periodensystem
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 ( = 3,6 · 10−3)[4]
Schmelzpunkt	1297 K (1024 °C)
Siedepunkt	3373 K (3100 °C)
Molares Volumen	20,59 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	285 kJ/mol
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 · 1015a 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 · 1019a β−β− 3,367 150Sm
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Spin γ inrad·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 [5] Achtung H- und P-Sätze H: 315-319-335 EUH: keine EUH-Sätze P: 261-​305+351+338 [5] Gefahrstoffkennzeichnung [6] 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.

1 Geschichte 2 Vorkommen 3 Gewinnung und Herstellung 4 Eigenschaften 4.1 Physikalische Eigenschaften 4.2 Chemische Eigenschaften 5 Verwendung 6 Verbindungen 7 Sonstige Stoffe 8 Einzelnachweise 9 Weblinks

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 Lanthanoiden, vorzugsweise Mineralien, vor:Monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄Bastnäsit ((Ce,La,Th,Nd,Y)(CO₃)F)Mischmetall enthält bis zu 18 % Neodym.

Der wichtigste Lieferant mit 97 % der Weltproduktion ist China.^[7] 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“, berichtet das ARD-Fernsehmagazin Panorama.^[8] Weitere wirtschaftlich verwertbare Vorkommen finden sich in Australien.

Gewinnung und Herstellung

Nach einer aufwändigen 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 in einer Umschmelzung im Vakuum ab. Die Herstellung durch Elektrolyse von Neodymhalogeniden wird heute selten angewandt.

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.^[9] Auch werden derzeit die Mountain Pass Mine in Kalifornien und die Mount Weld Mine in Australien 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 beabsichtigt ist, giftige Rückstände in Seen zu speichern.^[10] Derzeit gibt es, nach Einschätzung des Nachhaltigkeitsinvestors Murphy&Spitz kein nachhaltig gewonnenes Neodym am Markt.^[11]

Eigenschaften

Physikalische 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 Oxid-Schicht aus, welche an der Luft abblättern kann.

Chemische Eigenschaften

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

• 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, effiziente permanenterregte Gleichstrommaschinen z. B. in einigen Windkraftanlagentypen^[12](rund einem Sechstel^[10]), zum Antrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie als Modellbau-Antriebe), Linearmotoren für Positionierachsen, z. B. CNC-Maschinen, hochwertige Lautsprecher und Kopfhörer. Gegenüber den Samarium-Cobalt-Magneten sind sie stärker und wesentlich preiswerter, aber auch wesentlich empfindlicher gegen Hitze.
• Neodymsalze zum Färben von Emaille
• Blaue Porzellanfarbe
• Neodym(III)-oxid 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-Dielektrika
• Wegen seiner pyrophoren Eigenschaften auch als Legierungspartner mit Cer in Feuersteinen
• Zur Herstellung von Neodym-katalysiertem Polybutadienkautschuk (Nd-PBR)

Verbindungen

• Neodym(III)-oxid Nd₂O₃
• Neodym(III)-fluorid NdF₃
• Neodym(III)-chlorid NdCl₃, wasserfrei
• Neodym(III)-bromid NdBr₃, wasserfrei, zwei Modifikationen
• Neodym(II)-bromid NdBr₂, nur wasserfrei
• Neodym(II,III)-bromid Nd₄Br₉, nur wasserfrei
• Neodym(III)-iodid NdI₃, wasserfrei
• Neodym(III)-nitrat Nd(NO₃)₃ · 6 H₂O
• Neodym(III)-sulfat Nd₂(SO₄)₃ · 8 H₂O
• Neodym(III)-acetat Nd(C₂H₃O₂)₃

• 

  Neodym(III)-sulfat-Oktahydrat

• 

  Neodym(III)-chlorid

• 

  Neodym(III)-sulfat, -nitrat und -chlorid in Lösung

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.

Einzelnachweise

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. ↑ ^ab Datenblatt Neodymium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 14. April 2011.
6. ↑ Eintrag zu Neodym in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. April 2008 (JavaScript erforderlich).
7. ↑ Spiegel Online, 10. April 2009: Das neue Gold
8. ↑ Panorama-Sendung vom 28. April 2011: Das schmutzige Geheimnis sauberer Windräder
9. ↑ Michelle Röttger: China säubert den Markt für Seltene Erden. Financial Times, 9.6, S. 2, abgerufen am 26. Juni 2011 (Studie). 
10. ↑ ^ab Mandy Schoßig: Seltene Erden – Daten & Fakten, Öko-Institut e. V., Berlin, Januar 2011.
11. ↑ Nicole Vormann / Murphy&Spitz: Murphy&Spitz Research: Position zu Neodym und Windkraftanlagen. Juni 2011, abgerufen am 27.Juni 2011 (Hintergrundpapier). 
12. ↑ Ca. 2 t Neodymium werden für jede Windturbine benötigt: "Around two tonnes of neodymium are needed for each wind turbine"

Weblinks

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