Neodym

Sicherheitshinweise

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Achtung

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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

Neodym

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)PO₄
Bastnäsit ((Ce,La,Th,Nd,Y)(CO₃)F)
Mischmetall enthält bis zu 18% Neodym.

Der wichtigste Lieferant mit 97% der Weltproduktion ist China. 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.
Weitere wirtschaftlich verwertbare Vorkommen finden sich in Australien.

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
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	7,003 g/cm³ (25° C)
Magnetismus	paramagnetisch (χ_m = 3,6 · 10⁻³)
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
Oxidationszustände	3 , 4
Normalpotential	−2,32 V (Nd³⁺ + 3 e⁻ → Nd)
Elektronegativität	1,14 (Pauling-Skala)

Gewinnung und Herstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der Neodymbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zu Neodymfluorid 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. 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. Derzeit gibt es, nach Einschätzung des Nachhaltigkeitsinvestors Murphy & Spitz kein nachhaltig gewonnenes Neodym am Markt.

Eigenschaften

Das silbrigweiß glänzende Metall gehört zu den Lanthanoiden und somit zu den Metallen der Seltenen Erden. Es ist an der Luft etwas korrosionsbeständiger als Europium, Lanthan oder Praseodym, bildet aber leicht eine rosaviolette Oxid-Schicht aus, welche an der Luft abblättern kann.

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), Linearmotoren für Positionierachsen, z.B. CNC-Maschinen, hochwertige Lautsprecher und. Gegenüber den Samarium-Cobalt-Magneten sind sie stärker und wesentlich preiswerter, aber auch wesentlich empfindlicher gegen Hitze.
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.
Neodym(III)-oxid zur Glasfärbung. Es erzeugt sehr warme violette bis weinrote und graue Töne. Solche Gläser besitzen scharfe Absorptionsbanden im Bereich von 870 bis 2750 kA/m und werden in der Astronomie zum Kalibrieren benutzt.
Entfärben von eisenhaltigem Glas
Bestandteil des industriell weitverbreiteten Neodym-YAG-Lasers
Neodymoxiddotiertes Bariumtitanat für Kondensator-Dielektrika

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de