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| ネオジム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 発音 | / ˌ niː oʊ ˈ d ɪ m i ə m / ( NEE -oh- DIM -ee- əm ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外観 | 銀白色 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子量 A r °(Nd) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 周期表におけるネオジム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 60 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| グループ | f ブロック グループ(番号なし) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 期間 | 期間6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブロック | fブロック | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [ゼ] 4f 4 6s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、22、8、2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理的特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 1295 K（1022℃、1872℉）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 3347 K (3074 °C、5565 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（20℃） | 7.007 g/cm3 [ 3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 液体の場合（ mp） | 6.89グラム/ cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 7.14 kJ/モル | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 気化熱 | 289kJ/モル | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル熱容量 | 27.45 J/(モル·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸気圧
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| 原子特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化状態 | 0、[4] +2、+3、+4（弱塩基性酸化物） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | ポーリングスケール: 1.14 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的: 181 午後 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 午後201±6時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| その他のプロパティ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 自然発生 | 原始的な | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 二重六方最密充填（DHCP）（HP4） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 格子定数 |  c = 1.17968 nm （20℃）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張 | 6.7 × 10 −6 /K （20℃）[3] [a] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | 16.5W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | ポリ: 643 nΩ⋅m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁気秩序 | 常磁性、20K以下では反強磁性[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル磁化率 | +5 628 .0 × 10 −6 cm 3 /モル（287.7 K）[6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヤング率 | 41.4GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| せん断弾性係数 | 16.3GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 体積弾性率 | 31.8GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音速の 細い棒 | 2330 m/s（20℃時） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.281 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ビッカース硬度 | 345～745MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブリネル硬度 | 265～700MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS番号 | 7440-00-8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歴史 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発見 | カール・グスタフ・モザンダー（1841） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 最初の隔離 | カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハ（1885） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 命名者 | カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハ（1885） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ネオジムの同位体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ネオジムは元素記号 Nd、原子番号60の元素である。ランタノイド系列の4番目で、希土類金属の1つと考えられている。硬く、やや展性のある銀色の金属で、空気中や湿気の中ですぐに変色する。酸化されると、ネオジムは急速に反応し、+2、+3、+4の酸化状態のピンク、紫/青、黄色の化合物を生成する。一般的に、ネオジムは元素の中で最も複雑なスペクトルを持つものの一つであると考えられている。 [8]ネオジムは1885年にオーストリアの化学者カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハによって発見され、彼はプラセオジムも発見した。モナズ石やバストネサイトという鉱物に大量に含まれます。ネオジムは金属の形で、または他のランタノイドと混ざっていない状態では自然には見つかりません。通常は一般使用のために精製されます。ネオジムはコバルト、ニッケル、銅と同じくらい一般的であり、地球の地殻に広く分布しています。[9]世界の商業用ネオジムのほとんどは、他の多くの希土類金属と同様に中国で 採掘されています。
ネオジム化合物は1927 年に初めてガラス染料として商業的に使用され、現在でも人気の高い添加物です。ネオジム化合物の色は Nd 3+イオンに由来し、多くの場合赤紫色です。この色は、ネオジムの鋭い光吸収帯と、水銀、三価ユーロピウム、またはテルビウムの鋭い可視発光帯が豊富な周囲光との相互作用により、照明の種類によって変化します。ネオジムを添加したガラスは、波長 1047 ～ 1062 ナノメートルの赤外線を放射するレーザーに使用されます。これらのレーザーは、慣性閉じ込め核融合などの極めて高出力の用途に使用されています。ネオジムは、Nd:YAG レーザーのイットリウム アルミニウム ガーネットなど、さまざまな他の基板結晶にも使用されます。
ネオジム合金は、強力な永久磁石である高強度ネオジム磁石の製造に使用されます。[10]これらの磁石は、低い磁石質量（または体積）または強い磁場が必要とされるマイク、プロ用スピーカー、インイヤーヘッドフォン、高性能趣味用DC電気モーター、コンピューターハードディスクなどの製品に広く使用されています。より大きなネオジム磁石は、高出力対重量比の電気モーター（例：ハイブリッド車）や発電機（例：航空機や風力タービン発電機）に使用されます。[11]
物理的特性
金属ネオジムは、明るい銀色の金属光沢を持つ。[12]ネオジムは一般に2つの同素体形態で存在し、約863℃で二重六方晶から体心立方構造への転移が起こる。 [13]ネオジムは、ほとんどのランタノイドと同様に、室温では常磁性である。20 K (-253.2 ℃) 以下に冷却すると反強磁性体になる。 [14]この転移温度以下では、長いスピン緩和時間とスピングラス挙動を示す一連の複雑な磁気相[15] [16]を示す。[17]ネオジムは、古典的なミッシュメタルに約18%の濃度で存在していた希土類金属である。ネオジム磁石を作るには、強磁性体である鉄と合金にする。[18]
電子配置
ネオジムはランタノイド系列の4番目の元素です。周期表では、左側のランタノイドプラセオジムと右側の放射性元素プロメチウムの間、アクチノイドウランの上にあります。60個の電子は[Xe]4f 4 6s 2の構成で配置され、そのうち6個の4f電子と6s電子が価電子です。ランタノイド系列の他のほとんどの金属と同様に、ネオジムは通常3個の電子のみを価電子として使用し、その後、残りの4f電子は強く結合します。これは、4f軌道がキセノンの不活性電子核を最もよく貫通して原子核に到達し、次に5d軌道と6s軌道が続き、イオン電荷が高いほどこの貫通率が増加するためです。ネオジムはランタノイドの初期段階にあるため、原子核電荷がまだ十分に低く、4fサブシェルエネルギーがさらに価電子を除去するのに十分に高いため、4番目の電子を失う可能性があります。[19]
化学的性質
ネオジムの融点は 1,024 °C (1,875 °F)、沸点は 3,074 °C (5,565 °F) です。他のランタノイドと同様に、通常は+3の酸化状態ですが、+2 および +4 の酸化状態になることもあり、非常にまれな状況では +0 になることもあります。[4]ネオジム金属は常温で急速に酸化し、 [13]鉄錆のような酸化層を形成します。この層は剥がれ落ちて金属がさらに酸化されやすくなります。1 センチメートル サイズのネオジムのサンプルは、約 1 年で完全に腐食します。Nd 3+は一般に水に溶けます。近隣のプラセオジムと同様に、約 150 °C で容易に燃焼してネオジム(III) 酸化物を形成します。この酸化物は剥がれ落ち、バルク金属がさらに酸化されやすくなります。[13]
- 4Nd + 3O 2 → 2Nd 2 O 3
ネオジムは電気陽性元素であり、冷水とはゆっくりと反応し、熱水とは急速に反応してネオジム(III)水酸化物を形成する。[20]
- 2Nd (s) + 6H 2 O (l) → 2Nd(OH) 3 (aq) + 3H 2 (g)
ネオジム金属はすべての安定したハロゲンと激しく反応する：[20]
- 2Nd (s) + 3F 2 (g) → 2NdF 3 (s) [紫色の物質]
- 2Nd (s) + 3Cl 2 (g) → 2NdCl 3 (s) [藤色の物質]
- 2Nd (s) + 3Br 2 (g) → 2NdBr 3 (s) [紫色の物質]
- 2Nd (s) + 3I 2 (g) → 2NdI 3 (s) [緑色の物質]
ネオジムは希硫酸に容易に溶解し、ライラック色のNd(III)イオンを含む溶液を形成する。これらは[Nd(OH 2 ) 9 ] 3+錯体として存在する: [21]
- 2Nd (秒) + 3H 2 SO 4 (水溶液) → 2Nd 3+ (水溶液) + 3SO2−4(水溶液) + 3H 2 (ガス)
化合物
硫酸ネオジム(III) 
酢酸ネオジム粉末 
ネオジム(III)水酸化物粉末
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最も重要なネオジム化合物には以下のものがあります。
- ハロゲン化物: NdF 3 ; ＮｄＣｌ２；ＮｄＣｌ３；ＮｄＢｒ３；ＮｄＩ２； NDI 3
- 酸化物: Nd 2 O 3
- 水酸化物：Nd(OH) 3
- 炭酸塩: Nd 2 (CO 3 ) 3
- 硫酸塩：Nd 2 (SO 4 ) 3
- 酢酸：Nd(CH 3 COO) 3
- ネオジム磁石（Nd 2 Fe 14 B）
ネオジム化合物の中には、照明の種類によって色が変化するものがあります。[22]
有機ネオジム化合物
有機ネオジム化合物は、ネオジム-炭素結合を持つ化合物です。これらの化合物は他のランタノイド化合物と似ており、 πバック結合できないという特徴があります。そのため、主にイオン性のシクロペンタジエニド（ランタンの化合物と同構造）とσ結合した単純なアルキルおよびアリールに限定され、その一部はポリマーになることもあります。[23]
同位体
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| 標準原子量 A r °(Nd) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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天然のネオジム（60 Nd）は、5つの安定同位体（142 Nd、143 Nd、145 Nd、146 Nd、148 Nd）で構成され、最も豊富（天然存在比の27.2% ）なのは142 Ndです。また、半減期が極めて長い2つの放射性同位体、 144 Nd（アルファ崩壊、半減期（t 1/2）は2.29×10 15年）と150 Nd（二重ベータ崩壊、t 1/2 ≈ 7×10 18年）があります。2022年現在、合計33のネオジム放射性同位体が検出されており、最も安定している放射性同位体は天然の144 Ndと150 Ndです。残りの放射性同位体はすべて半減期が 12 日未満で、その大部分は半減期が 70 秒未満です。最も安定した人工同位体は半減期が 10.98 日の 147 Ndです。[アップデート]
ネオジムには13の準安定同位体も知られており、最も安定しているのは139m Nd（t 1/2 = 5.5時間）、135m Nd（t 1/2 = 5.5分）、133m1 Nd（t 1/2約70秒）である。最も豊富な安定同位体である142 Ndの前の主な崩壊モードは電子捕獲と陽電子崩壊であり、その後の主なモードはベータマイナス崩壊である。142 Ndの前の主な崩壊生成物は元素Pr（プラセオジム）同位体であり、142 Ndの後の主な生成物は元素Pm（プロメチウム）同位体である。[25] 5つの安定同位体のうち4つは観測的にのみ安定しており、これは放射性崩壊を起こすと予想されることを意味する。[26]さらに、観測的に安定なサマリウムの同位体のいくつかは、ネオジムの同位体に崩壊すると予測されている。[26]
ネオジム同位体は、様々な科学的用途に使用されています。142 Nd は、短寿命のTmおよびYb同位体の製造に使用されています。146 Ndは、放射能源である147 Pmの製造に使用されていると考えられています。いくつかのネオジム同位体は、他のプロメチウム同位体の製造に使用されています。147 Sm ( t 1/2 =1.06 × 10 11 y）の安定な143 Ndとの相互作用により、サマリウム・ネオジム年代測定が可能になります。[27] 150 Ndは二重ベータ崩壊の研究にも使用されています。[28]
歴史
1751年、スウェーデンの鉱物学者アクセル・フレドリック・クロンシュテットはバストネスの鉱山で重鉱物を発見し、後にセライトと名付けられた。30年後、鉱山所有者の家族の一員であった15歳のヴィルヘルム・ヒジンガーはサンプルをカール・シェーレに送ったが、彼はその中に新しい元素は何も見つけられなかった。1803年、鉄工所の技術者となったヒジンガーはイェンス・ヤコブ・ベルセリウスと共にこの鉱物に戻り、新しい酸化物を単離し、2年前に発見された準惑星ケレスにちなんでセリアと名付けた。 [30]セリアはドイツでマルティン・ハインリヒ・クラプロートによって同時に独立に単離された。[31] 1839年から1843年の間に、ベルセリウスと同じ家に住んでいたスウェーデンの外科医で化学者のカール・グスタフ・モザンダーによってセリアが酸化物の混合物であることが示された。彼はさらに2つの酸化物を分離し、ランタナとジジミアと名付けた。[32] [33] [34]彼は硝酸セリウムのサンプルを空気中で焙煎し、得られた酸化物を希硝酸で処理することで部分的に分解した。これらの酸化物を形成した金属は、ランタンとジジミウムと名付けられた。[35]ジジミウムは、 1885年にウィーンでカール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハによってプラセオジムとネオジムの2つの元素に分離され、単一の元素ではないことが証明された。 [36] [37]ヴェルスバッハは分光分析によって分離を確認したが、生成物の純度は比較的低かった。純粋なネオジムは1925年に初めて単離された。ネオジムという名前は、ギリシャ語のneos (νέος)「新しい」とdidymos (διδύμος)「双子」に由来している。 [13] [38] [39]
1950 年代まで、二重硝酸塩結晶化法はネオジムの商業的精製手段でした。リンゼイ化学部門は、ネオジムの大規模なイオン交換精製を商業化した最初の企業です。1950 年代から、高純度 (>99%) のネオジムは、主に希土類元素を豊富に含む鉱物であるモナザイトからイオン交換プロセスによって得られました。 [13]この金属は、そのハロゲン化物塩の電気分解によって得られます。現在、ほとんどのネオジムはバストネサイトから抽出され、溶媒抽出によって精製されています。イオン交換精製は、最高純度 (通常 >99.99%) に使用されます。それ以来、市販のネオジム酸化物の純度の向上とガラス技術全般の進歩により、ガラス技術は向上しました。ランタノイドを分離する初期の方法は分別結晶化に依存しており、第二次世界大戦後に前述のイオン交換法が開発されるまで、高純度のネオジムを単離することはできなかった。[40]
発生と生成
発生
ネオジムは自然界で自由元素として見つかることはほとんどなく、代わりにモナザイトやバストネサイト（単一の鉱物ではなく鉱物グループ）などの鉱石に存在し、すべての希土類元素を少量含んでいます。モナザイト（Nd）やコゾイト（Nd）などの例外を除き、これらの鉱物にネオジムが優勢であることはほとんどありません。[41]主な採掘地域は中国、米国、ブラジル、インド、スリランカ、オーストラリアです。
Nd 3+イオンは、セリウムグループの初期のランタノイド（ランタンからサマリウム、ユーロピウムまで）のイオンとサイズが似ています。そのため、モナズ石（M III PO 4）やバストネサイト（M III CO 3 F）などのリン酸塩鉱物、ケイ酸塩鉱物、炭酸塩鉱物にこれらの元素とともに存在する傾向があります。ここで、Mはスカンジウムと放射性プロメチウム（主にCe、La、Yで、PrとNdはやや少ない）を除くすべての希土類金属を指します。 [42]バストネサイトには通常、トリウムと重ランタノイドが不足しており、バストネサイトから軽ランタノイドを精製するのはモナズ石から精製するよりも簡単です。鉱石は粉砕され、磨砕された後、最初に高温の濃硫酸で処理され、二酸化炭素、フッ化水素、四フッ化ケイ素が遊離します。その後、生成物は乾燥され、水で浸出され、ランタンを含む初期のランタニドイオンが溶液中に残る。[42] [検証に失敗した]
宇宙で
太陽系におけるネオジムの1粒子当たりの存在量は0.083ppb（10億分の1）である。 [43] [b]この数値は白金の約3分の2であるが、水銀の2.5倍、金のほぼ5倍である。[43]ランタノイドは通常宇宙には存在せず、地球の地殻にはるかに豊富に存在する。[43] [44]
地球の地殻の中で
ネオジムはゴールドシュミット分類では親岩元素に分類されており、一般的に酸素と結合した状態で見つかる。希土類金属に属しているが、決して希少な元素ではない。地殻中の含有量は約41 mg/kgである。[44]ランタンと同程度の存在量である。
生産
2004年の世界のネオジム生産量は約7,000トンであった。[38]現在の生産量の大半は中国で生産されている。歴史的に、中国政府はこの元素に対して戦略物資の規制を課し、価格の大きな変動を引き起こした。[45]価格と入手可能性の不確実性により、企業（特に日本の企業）は希土類金属の使用量を減らして永久磁石と関連電動モーターを製造しているが、これまでのところネオジムの必要性をなくすことはできていない。[46] [47]米国地質調査所によると、グリーンランドは未開発の希土類金属鉱床、特にネオジムの最大の埋蔵量を有している。採掘プロセス中に放射性物質、主にトリウムが放出されるため、これらの場所では採掘権益が先住民と衝突している。 [48]
ネオジムは、軽希土類元素鉱物であるバストネサイトおよびモナザイトの商業鉱床の希土類元素含有量の10～18%を占めるのが一般的です。[13]ネオジム化合物は三価ランタノイドの中で最も色が強いため、競合する発色団が存在しない場合は、希土類鉱物の色を支配することがあります。通常はピンク色になります。その顕著な例としては、ボリビアのリャラグアの錫鉱床のモナザイト結晶、カナダのケベック州モンサンティレールのアンキシライト、ペンシルバニア州ローワーソーコン郡のランタナイトなどがあります。ネオジムガラスと同様に、このような鉱物は異なる照明条件下で色が変わります。ネオジムの吸収帯は水銀蒸気の可視発光スペクトルと相互作用し、フィルターされていない短波紫外線により、ネオジム含有鉱物は独特の緑色を反射します。これはモナザイトを含む砂やバストネサイトを含む鉱石で観察できます。[49]
人口増加と産業発展に伴い、希土類元素（ネオジムを含む）やその他の重要材料などの鉱物資源の需要が急速に増加しています。最近では、低炭素社会への要求により、バッテリー、高効率モーター、再生可能エネルギー源、燃料電池などの省エネ技術への需要が大きく高まっています。これらの技術のうち、永久磁石は高効率モーターの製造によく使用され、ネオジム-鉄-ホウ素磁石（Nd 2 Fe 14 B焼結結合磁石、以下NdFeB磁石）は発明以来、市場で主流の永久磁石となっています。[50] NdFeB磁石は、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電気自動車、燃料電池車、風力タービン、家電製品、コンピューター、多くの小型民生用電子機器に使用されています。[51]さらに、省エネにも不可欠です。パリ協定の目標達成に向けて、今後NdFeB磁石の需要は大幅に増加すると予想されます。[51]
アプリケーション
磁石
ネオジム磁石（合金、Nd 2 Fe 14 B）は、知られている中で最も強力な永久磁石です。数十グラムのネオジム磁石は、自重の1000倍を持ち上げることができ、骨を折るほどの力でくっつくことができます。これらの磁石は、サマリウムコバルト磁石よりも安価で軽量で強力です。しかし、ネオジムベースの磁石は低温で磁性を失い[52]、腐食する傾向がありますが[53]、サマリウムコバルト磁石は腐食しません。[54]
ネオジム磁石は、低質量、小容積、または強力な磁場が必要とされるマイクロフォン、プロ用スピーカー、ヘッドフォン、ギターおよびベースギターの ピックアップ、コンピュータのハードディスクなどの製品に使用されています。ネオジムは、ハイブリッド自動車や電気自動車の電動モーター[51]や、一部の商用風力タービンの発電機 (「永久磁石」発電機を備えた風力タービンのみネオジムを使用) に使用されています。[55]たとえば、トヨタプリウスの駆動用電動モーターには、車両 1 台あたり 1 キログラム (2.2 ポンド) のネオジムが必要です。[11]
ガラス
ネオジムガラス（Nd:ガラス）は、ガラス溶融物にネオジム酸化物（Nd 2 O 3 ）を添加することで製造されます。日光や白熱灯の下ではネオジムガラスはラベンダー色に見えますが、蛍光灯の下では淡い青色に見えます。ネオジムは、純粋な紫からワインレッド、温かみのあるグレーまで、さまざまな色合いのガラスに着色するために使用できます。[56]
精製ネオジムの最初の商業的利用はガラスの着色であり、1927年11月にレオ・モーザーが実験を開始した。その結果生まれた「アレキサンドライト」ガラスは、今日までモーザーガラス工場の代表的な色となっている。ネオジムガラスは、1930年代初頭にアメリカのガラス工場で広く模倣され、特にヘイジー、フォストリア（「藤」）、ケンブリッジ（「ヘザーブルーム」）、スチューベン（「藤」）などが有名で、その他のガラス工場（フランスのラリックやムラーノなど）でも模倣された。ティフィンの「トワイライト」は、1950年から1980年頃まで生産され続けた。 [57]現在、チェコ共和国、米国、中国のガラスメーカーが生産している。[58]
ネオジムの鋭い吸収帯により、ガラスの色はさまざまな照明条件下で変化します。日光や黄色の白熱灯の下では赤紫色に、白色蛍光灯の下では青色に、三原色照明の下では緑がかった色になります。金やセレンと組み合わせると、赤色が生成されます。ネオジムの色は原子深部の「禁制」ff遷移に依存するため、化学環境からの色への影響は比較的少なく、色はガラスの熱履歴の影響を受けません。ただし、最高の色を得るには、ガラスの製造に使用するシリカ中の鉄含有不純物を最小限に抑える必要があります。ff遷移の禁制の性質により、希土類着色剤はほとんどのd遷移元素によって提供される着色剤よりも強度が低くなります。そのため、望ましい色の強度を得るには、ガラスにより多くの着色剤を使用する必要があります。モーザーのオリジナルのレシピでは、ガラス溶融物に約5%の酸化ネオジムが使用されており、モーザーがこれを「希土類添加」ガラスと呼ぶほど十分な量であった。ネオジムは強塩基であるため、そのレベルのネオジムはガラスの溶融特性に影響を与え、ガラスの石灰含有量を調整する必要があった可能性がある。[59]
ネオジムガラスを透過した光は、異常に鋭い吸収帯を示す。このガラスは、スペクトル線を較正するための鋭い吸収帯を生成するために天文学の研究で使用されている。[13]もう1つの用途は、ナトリウムや蛍光灯による光害の影響を減らし、他の色、特に星雲からの暗赤色の水素アルファ放射を通過させる選択的天文フィルターの作成である。[60]ネオジムは、ガラスから鉄汚染物質によって引き起こされる緑色を取り除くためにも使用されている。[61]
ネオジムは、溶接工やガラス吹き工のゴーグルを作るためのガラスの着色に使用される「ジジム」（ネオジムとプラセオジムの塩の混合物を指す）の成分です。鋭い吸収帯が、589 nmの強いナトリウム放射を消します。578 nmの黄色い水銀輝線の同様の吸収が、従来の白色蛍光灯の下でネオジムガラスに見られる青色の主な原因です。ネオジムとジジムガラスは、特に白熱灯から黄色い色合いを除去するために、屋内写真の色強調フィルターに使用されます。同様に、ネオジムガラスは白熱電球でより直接的に広く使用されるようになっています。これらのランプは、黄色の光を除去するためにガラスにネオジムを含み、より日光に近い白い光を生み出します。[62]第一次世界大戦中、戦場でモールス信号を送信するためにジジムミラーが使用されたと伝えられています。 [63]ガラスへの使用と同様に、ネオジム塩はエナメルの着色剤として使用されます。[13]
レーザー
低濃度のネオジムイオンを含む特定の透明材料は、赤外線波長（1054～1064 nm）の増幅媒体としてレーザーに使用できます。たとえば、 Nd:YAG（イットリウムアルミニウムガーネット）、Nd:YAP（イットリウムアルミニウムペロブスカイト）、[64] Nd:YLF（イットリウムフッ化リチウム）、Nd:YVO 4（イットリウムオルトバナデート）、Nd:ガラスなどです。ネオジムをドープした結晶（通常はNd:YVO 4 ）は、市販のDPSSハンドヘルドレーザーやレーザーポインターで緑色レーザー光に変換される高出力の赤外線レーザービームを生成します。[65]
三価ネオジムイオン Nd 3+は、レーザー放射の生成に使用された希土類元素からの最初のランタニドでした。Nd:CaWO 4レーザーは 1961 年に開発されました。[66]歴史的には、これは 3 番目に稼働したレーザーでした (最初はルビー、2 番目は U 3+ :CaF レーザー)。長年にわたり、ネオジムレーザーは応用目的で最も多く使用されるレーザーの 1 つになりました。Nd 3+イオンの成功は、そのエネルギーレベル構造と、レーザー放射の生成に適した分光特性にあります。1964 年に Geusic らは、 YAG マトリックス Y 3 Al 5 O 12でのネオジムイオンの動作を実証しました。これは、しきい値が低く、優れた機械的特性と温度特性を備えた 4 レベルレーザーです。この材料の光ポンピングには、非コヒーレントフラッシュランプ放射またはコヒーレントダイオードビームを使用できます。[68]
英国原子力兵器研究所（AWE）の現在のレーザー、HELEN（高エネルギーレーザー内蔵ネオジム）1テラワットのネオジムガラスレーザーは、圧力と温度の中間点にアクセスでき、弾頭内部の密度、温度、圧力の相互作用をモデル化するためのデータを取得するために使用されています。HELENは約106Kのプラズマを生成することができ、 そこから放射線の不透明度と透過率を測定できます。[69]
ネオジムガラス固体レーザーは、慣性核融合のための極めて高出力（テラワット規模）、高エネルギー（メガジュール）の多重ビームシステムに使用されている。Nd:ガラスレーザーは通常、レーザー核融合装置で351nmの第3高調波に周波数を3倍にされる。 [70]
他の
ネオジムのその他の用途は次のとおりです。
- ネオジムは液体ヘリウム温度で非常に大きな比熱容量を持つため、極低温冷凍機に有用である。[71]
- 酢酸ネオジムは電子顕微鏡の標準的な造影剤として使用できます（放射性で毒性のある酢酸ウラニルの代替品）。[72]
- おそらくCa2 +との類似性のため、Nd3 +は植物の成長を促進することが報告されている[73]。希土類元素化合物は中国で肥料として頻繁に使用されている。[74]
- サマリウム・ネオジム年代測定は岩石[75]や隕石[76]の年代関係を決定するのに役立ちます。
- 海洋堆積物に記録されたネオジム同位体は、過去の海洋循環の変化を再構築するために使用されます。[77] [78]
生物学的役割と注意事項
| 危険 | |
|---|---|
| GHSラベル: | |
| |
| 警告 | |
| H315、H319、H335 | |
| P261、P305+P351+P338 [79] | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
ネオジム、ランタン、セリウム、プラセオジムなどの初期のランタノイドは、火山泥沼に生息するメチルアシディフィラム・フマリオリカムなどのメタン酸化細菌にとって必須であることがわかっている。[80] [81]ネオジムは、それ以外の生物において生物学的役割を果たしていることは知られていない。[82]
ネオジム金属の粉塵は可燃性であるため、爆発の危険がある。ネオジム化合物は、他の希土類金属と同様に、毒性は低から中程度であるが、その毒性は十分に調査されていない。摂取したネオジム塩は、不溶性の場合よりも可溶性の場合の方が毒性が高いと考えられている。[83]ネオジムの粉塵と塩は、目や粘膜に非常に刺激性があり、皮膚には中程度の刺激を与える。粉塵を吸い込むと肺塞栓症を引き起こす可能性があり、蓄積された曝露は肝臓に損傷を与える。ネオジムは、特に静脈内投与された場合、抗凝固剤としても作用する。[38]
ネオジム磁石は磁気矯正器具や骨の修復などの医療用途でテストされてきたが、生体適合性の問題から広範囲に応用されていない。[84]市販されているネオジム磁石は非常に強力で、遠くからでも互いに引き付け合うことができる。慎重に扱わないと、磁石はすぐに強くくっついて怪我をする。50cm離れたところから磁石2つがくっついて指先を失ったという記録が少なくとも1件ある。[85]
これらの強力な磁石のもう一つのリスクは、複数の磁石を摂取すると、消化管の軟部組織を挟む可能性があることです。これにより、推定1,700件の緊急治療室への搬送が発生し[86] 、小さなネオジム磁石の組み立てセットであるバッキーボールシリーズのおもちゃの回収が必要になりました。[86] [87]
参照
注記
- ^ 熱膨張は異方性です。各結晶軸のパラメータ（20℃）はα a = 4.8 × 10 −6 /K、α c = 10.5 × 10 −6 /K、α平均= α V /3 = 6.7 × 10 −6 /K. [3]
- ^情報源中の元素含有量は、粒子当たりの表記ではなく、シリコンに対する相対値で記載されている。シリコン10 6部あたりの全元素の合計は、2.6682 × 10である。10部、鉛は 3.258 部を占めます。
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外部リンク
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- WebElements.com—ネオジム
- それは元素です—ネオジム元素
- 周期表のビデオにおけるネオジム（ノッティンガム大学）
- EnvironmentalChemistry.com – ネオジム
- ネオジム金属の写真と詳細