Neodym

Isotop	NH	t_1/2	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	β⁻β⁻	3,367	¹⁵⁰Sm

Weitere Isotope siehe Liste der Isotope

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad·T⁻¹·s⁻¹	E_r(¹H)	f_L 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]

Achtung

H- und P-Sätze

H: 315-319-335

P: 261-305+351+338 ^[6]

EU-Gefahrstoffkennzeichnung ^[7]^[8]


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

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.^[9] 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.^[10]
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.^[11] 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.^[12]

Eigenschaften

Kristallstruktur des Neodyms

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^[13](rund einem Sechstel^[12]), 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

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Neodym) entnommen.
↑ N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
↑ 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.
↑ ^5,0 ^5,1 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. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
↑ ^6,0 ^6,1 Datenblatt Neodymium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 14. April 2011.
↑ 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.
↑ Eintrag zu Neodym in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 28. April 2008 (JavaScript erforderlich).
↑ Spiegel Online, 10. April 2009: Das neue Gold
↑ Panorama-Sendung vom 28. April 2011: Das schmutzige Geheimnis sauberer Windräder
↑ Michelle Röttger: China säubert den Markt für Seltene Erden. Financial Times, 9. Juni 2011, S. 2, abgerufen am 26. Juni 2011 (Studie).
↑ ^12,0 ^12,1 Mandy Schoßig: Seltene Erden – Daten & Fakten, Öko-Institut e. V., Berlin, Januar 2011.
↑ Ca. 2 t Neodymium werden für jede Windturbine benötigt: "Around two tonnes of neodymium are needed for each wind turbine"