יסוד כימי · דף עיון

60Nd

נאודימיום

נאודימיום הוא יסוד כימי שמספרו האטומי 60 וסמלו Nd. הוא נמצא במחזור 6, קבוצה — ובבלוק f. מצבו הייחוסי בטמפרטורת החדר הוא מוצק, ותצורת האלקטרונים שלו היא [Xe] 4f4 6s2.

מספר אטומי60

משקל אטומי תקני144.242(3)

קבוצה—

מחזור6

בלוקf

תצורת אלקטרונים[Xe] 4f4 6s2

מבנה אלקטרוני

מה קובע את הכימיה שלו?

נאודימיום שייך לסדרת הלנתנידים, שבה תת-הרמה 4f מתמלאת בהדרגה. מצב החמצון +3 נפוץ, ואלקטרוני f מסבירים רבות מן התכונות המגנטיות והספקטרוסקופיות של הסדרה.

תצורת האלקטרונים של נאודימיום היא [Xe] 4f4 6s2. אלקטרוני 4f מסוככים יחסית על-ידי האלקטרונים החיצוניים, ולכן הכימיה של לנתנידים סמוכים דומה, אך שינויים קטנים ברדיוס ובאכלוס האלקטרוני עדיין משפיעים על הפרדה, צבע ומגנטיות.

צורות כימיות

תרכובות, יונים וחומרים

נאודימיום יוצר בדרך כלל יונים במצב חמצון +3 בתחמוצות, הלידים וקומפלקסים. הכימיה שלו דומה לזו של לנתנידים סמוכים, ואילו אלקטרוני f מוסיפים הבדלים חשובים במגנטיות, בספקטרום ובצבע.

התנהגות פיזיקלית

מצב ושינויי פאזה

המצב הפיזיקלי הייחוסי בטמפרטורת החדר הוא מוצק. הצפיפות המופיעה היא 7.01 g/cm³. נקודת ההתכה היא 1 297 K (1 024 °C). נקודת הרתיחה היא 3 347 K (3 074 °C). לחץ, טוהר, מבנה גבישי ואלוטרופים יכולים לשנות ערכים נמדדים, ולכן תנאי המדידה הם חלק חשוב מקריאת הנתונים הפיזיקליים.

הימצאות ושימושים

איפה נמצא נאודימיום וכיצד משתמשים בו?

בפועל, נאודימיום מופיע ביישומים כגון מגנטים, לייזרים, רמקולים ואוזניות. התכונה המנוצלת יכולה להגיע מן היסוד הטהור, מסגסוגת, מתרכובת או מאיזוטופ מסוים, ולכן חשוב תמיד להבחין בין היסוד לבין הצורה הכימית שמשמשת בפועל.

בפועל

דוגמאות לשימושים ממשיים

מגנטים

נאודימיום משמש בחומרים מגנטיים או בסגסוגות כאשר המבנה האלקטרוני שלו מאפשר מגנטיות חזקה, יציבה או נשלטת.

לייזרים

נאודימיום משמש בחומרי לייזר או ברכיבים אופטיים כאשר רמות האנרגיה שלו מאפשרות פליטה או בליעה באורכי גל שימושיים.

רמקולים

נאודימיום משמש בחומרים מגנטיים או בסגסוגות כאשר המבנה האלקטרוני שלו מאפשר מגנטיות חזקה, יציבה או נשלטת.

אוזניות

נאודימיום משמש בחומרים מגנטיים או בסגסוגות כאשר המבנה האלקטרוני שלו מאפשר מגנטיות חזקה, יציבה או נשלטת.

מיקום מחזורי

מה מספרים היסודות השכנים?

נאודימיום נמצא במחזור 6 בסדרת בלוק f. היסודות הסמוכים המוצגים כאן הם: צריום; פרסאודימיום; פרומתיום; סמריום. השוואה לאורך הסדרה מאפשרת לעקוב אחר שינויים הדרגתיים ברדיוס, בתצורה האלקטרונית, במצבי חמצון ובתכונות מגנטיות או אופטיות.

נתוני ייחוס

תכונות פיזיקליות ואטומיות

סיווגלנתניד

מצב בטמפרטורת החדרמוצק

קליפות אלקטרונים2 · 8 · 18 · 22 · 8 · 2

צפיפות7.01 g/cm³

נקודת התכה1 289 K (1 016 °C)

נקודת רתיחה3 347 K (3 074 °C)

אלקטרושליליות לפי פאולינג1.14

אנרגיית יינון ראשונה533.1 kJ/mol

זיקה אלקטרונית184.9 kJ/mol

הערכים מתארים את היסוד או את האטום הנייטרלי כאשר הדבר רלוונטי. נתונים פיזיקליים עשויים להשתנות עם האלוטרופ, הלחץ, הטוהר ותנאי המדידה.

היסטוריה

גילוי וזיהוי

גילוי נאודימיום מזוהה עם עבודתו של קרל אאואר פון ולסבאך. התצפית הראשונה, הבידוד של דגימה טהורה והקביעה של המספר האטומי המודרני לא התרחשו בהכרח באותו זמן, ולכן להיסטוריה של היסוד יש כמה שלבים.

איזוטופים ומשקל אטומי

כיצד הרכב האיזוטופים משנה את המספרים?

המשקל האטומי התקני הרשום של נאודימיום הוא 144.242(3). ערך זה משקף את הרכב האיזוטופים בחומרים טבעיים על פני כדור הארץ, ולא את המסה של אטום יחיד מסוים.

לנאודימיום יש לפחות איזוטופ יציב אחד. לכל האיזוטופים אותו מספר פרוטונים ולכן אותה זהות כימית, אך מספר שונה של נייטרונים ומסה אטומית שונה.

בטיחות

טיפול וחשיפה

הסכנות הקשורות לנאודימיום תלויות בצורה הכימית, במינון ובדרך החשיפה. היסוד החופשי, היונים והתרכובות שלו יכולים להיות שונים מאוד בהשפעתם הביולוגית והסביבתית, ולכן יש לבדוק נתוני בטיחות לחומר שבו מטפלים בפועל.