塩化ネオジム(III)

塩化ネオジム(III)
名前
	その他の名前三塩化ネオジム
識別子
CAS番号	10024-93-8 ; 13477-89-9 (水和物) ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ケムスパイダー	59589 ;
ECHA 情報カード	100.030.016
パブケム CID	66204;
ユニ	25O44EQD4O ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID7044760;
	InChI InChI=1S/3ClH.Nd/h31H;/q;;;+3/p-3 キー: ATINCSYRHURBSP-UHFFFAOYSA-K ; InChI=1/3ClH.Nd/h31H;/q;;;+3/p-3 キー: ATINCSYRHURBSP-DFZHHIFOAM;
	笑顔 Cl[Nd](Cl)Cl;
プロパティ
化学式	NdCl 3、; NdCl 3・6H 2 O（水和物）
モル質量	250.598 グラム/モル
外観	藤色の粉末; 吸湿性
密度	4.13 g/cm 3（水和物の場合は2.3）
融点	759 °C (1,398 °F; 1,032 K)
沸点	1,600 °C (2,910 °F; 1,870 K)
水への溶解度	25℃で1kg/L
エタノールへの溶解度	0.445kg/L
構造
結晶構造	六方晶系（UCl 3型）、hP8
空間群	P6 3 /m、No.176
格子定数	a = 0.73988 nm、c = 0.42423 nm
数式単位( Z )	2
座標幾何学	三角柱; （9座標）
危険
	GHSラベル:
ピクトグラム
シグナルワード	警告
危険有害性情報	H315、H319、H335
注意事項	P261、P264、P271、P280、P302+P352 、P304 + P340 、P305+P351+P338、P312、P321、P332+P313、P337+P313、P362、P403+P233、P405、P501
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	2 0 0
安全データシート（SDS）	外部SDS
関連化合物
その他の陰イオン	臭化ネオジム(III) 酸化; ネオジム(III)
その他の陽イオン	LaCl 3、SmCl 3、PrCl 3、EuCl 3、CeCl 3、GdCl 3、TbCl 3、塩化プロメチウム(III)
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

塩化ネオジム(III)または三塩化ネオジムは、ネオジムと塩素の化合物で、化学式はNdCl ₃です。この無水化合物は藤色の固体で、空気に触れると急速に水を吸収し、紫色の六水和物NdCl ₃ ·6H ₂ Oを形成します。塩化ネオジム(III)は、複雑な多段階抽出プロセスを使用して、鉱物のモナザイトとバストネサイトから生成されます。この塩化物は、ネオジム金属やネオジムベースのレーザーや光ファイバーの製造のための中間化学物質として、いくつかの重要な用途があります。その他の用途には、有機合成や廃水汚染の分解における触媒、アルミニウムとその合金の腐食防止、有機分子( DNA ) の蛍光標識などがあります。

外観

NdCl ₃は藤色の吸湿性固体で、大気中の水分を吸収すると紫色に変わります。結果として生じる水和物は、他の多くのネオジム塩と同様に、蛍光灯の下ではさまざまな色に見えるという興味深い特性があります。塩化物の場合は淡黄色です（写真参照）。^[3]

構造

固体

無水NdCl _{3 は、} Ndが9配位の三頂三角柱形状をしており、UCl ₃構造で結晶化する。この六角形構造は、 LaCl ₃、LaBr ₃、SmCl ₃、PrCl ₃、EuCl ₃、CeCl ₃、CeBr ₃、GdCl ₃、AmCl ₃、TbCl ₃などの多くのハロゲン化ランタノイドやアクチノイドに共通だが、 YbCl ₃やLuCl ₃には見られない。^[4]

解決

溶液中の塩化ネオジム(III)の構造は溶媒に大きく依存する。水中では主要種はNd(H ₂ O) ₈³⁺であり、この状況はほとんどの希土類塩化物および臭化物に共通である。メタノール中ではNdCl ₂ (CH ₃ OH) ₆⁺であり、塩酸中ではNdCl(H ₂ O) ₇²⁺である。ネオジムの配位はいずれの場合も八面体（8倍）であるが、配位子構造は異なる。^[5]

プロパティ

NdCl ₃は軟らかい常磁性固体で、 0.5 K という非常に低い温度で強磁性に変わります。^[6]電気伝導率は約 240 S/m、熱容量は約 100 J/(mol·K) です。^[7] NdCl _{3 は}水やエタノールに溶けやすいですが、クロロホルムやエーテルには溶けません。650 °C 以上の温度でNdCl _{3 を}Nd 金属で還元するとNdCl ₂が生成します。^[8]

2 NdCl ₃ + Nd → 3 NdCl ₂

NdCl ₃を水蒸気またはシリカとともに加熱すると、ネオジムオキソ塩化物が生成されます。

NdCl ₃ + H ₂ O → NdOCl + 2 HCl

2 NdCl ₃ + SiO ₂ → 2 NdOCl + SiCl ₄

NdCl _{3 を}約 1100 °C で硫化水素と反応させると、硫化ネオジムが生成されます。

2 NdCl ₃ + 3 H ₂ S → 2 Nd ₂ S ₃ + 6 HCl

高温でアンモニアとホスフィンと反応すると、それぞれ窒化ネオジムとリン化ネオジムが生成されます。

NdCl ₃ + NH ₃ → NdN + 3 HCl

NdCl ₃ + PH ₃ → NdP + 3 HCl

一方、フッ化水素酸を加えるとフッ化ネオジムが生成される。^[9]

NdCl ₃ + 3 HF → NdF ₃ + 3 HCl

準備

NdCl _{3 は}鉱物モナズ石とバストネサイトから生成される。地殻中のネオジムの存在量が少ない（38 mg/kg）ことと、ネオジムを他のランタノイドから分離することが難しいことから、合成は複雑である。しかし、ネオジムは鉱物中の含有量が比較的高く（重量で最大16%で、セリウムとランタンに次いで3番目に高い）、他のランタノイドよりも合成プロセスは簡単である。 ^[10]合成法は数多く存在し、その1つを次のように簡略化できる。

粉砕された鉱物は、高温の濃硫酸で処理され、水溶性の希土類硫酸塩が生成される。酸性濾液は、水酸化ナトリウムで部分的に中和され、 pH 3～4 になる。トリウムは水酸化物として溶液から沈殿し、除去される。その後、溶液はシュウ酸アンモニウムで処理され、希土類を不溶性のシュウ酸塩に変換する。シュウ酸塩は、焼鈍によって酸化物に変換される。酸化物は、主成分であるセリウムを除いた硝酸に溶解される。セリウムの酸化物は、HNO ₃に不溶である。ネオジム酸化物は、イオン交換によって他の希土類酸化物から分離される。このプロセスでは、希土類イオンは、樹脂中に存在する水素、アンモニウム、または銅イオンとのイオン交換によって適切な樹脂に吸着される。次に、希土類イオンは、クエン酸アンモニウムやニトリロ酢酸などの適切な錯化剤によって選択的に洗い流される。^[9]

このプロセスでは通常、Nd ₂ O ₃が生成されます。この酸化物は、多くの場合、全体の技術的手順の目標である元素のネオジムに直接変換するのが困難です。そのため、酸化物は塩酸と塩化アンモニウムで処理され、より安定性の低いNdCl _3が生成されます。^[9]

Nd ₂ O ₃ + 6 NH ₄ Cl → 2 NdCl ₃ + 3 H ₂ O + 6 NH ₃

このようにして生成された NdCl _{3 は}すぐに水を吸収して NdCl ₃ ·6H ₂ O 水和物に変換されます。これは保存しても安定しており、必要に応じて NdCl ₃に戻すことができます。水和物を単純に急速に加熱することは、加水分解を引き起こし、結果として Nd ₂ O ₃を生成するため、この目的には実用的ではありません。 ^[11]そのため、無水NdCl ₃は、高真空下で 4-6 当量の塩化アンモニウムとともに 400 °C までゆっくり加熱するか、過剰の塩化チオニルとともに数時間加熱して水和物を脱水することによって製造されます。 ^[4]^[12]^[13]^[14] NdCl _{3 は、ネオジム金属を}塩化水素または塩素と反応させることによっても製造できますが、この方法は金属の価格が比較的高いため経済的ではなく、研究目的でのみ使用されます。製造後、通常は高真空下での高温昇華によって精製されます。^[4]^[15]^[16]

アプリケーション

ネオジム金属の生産

塩化ネオジム(III)は、ネオジム金属の製造に最も一般的に使用される出発化合物です。NdCl _3は、塩化アンモニウムまたはフッ化アンモニウムとフッ化水素酸、またはアルカリ金属またはアルカリ土類金属とともに真空またはアルゴン雰囲気中で 300～400 °C で加熱されます。

2 NdCl ₃ + 3 Ca → 2 Nd + 3 CaCl ₂

代替方法としては、無水NdCl ₃とNaCl 、KCl、またはLiClの溶融混合物を約700℃の温度で電気分解する方法があります。混合物は、NdCl ₃とKClの融点（約770℃）よりも低い温度でも溶けます。^[17]

レーザーとファイバー増幅器

NdCl _{3自体は強い}発光性はないが^[18]、さまざまな発光材料のNd ³⁺イオン源として役立つ。後者には、 Nd-YAG レーザーや Nd ドープ光ファイバー増幅器などがあり、これらは他のレーザーによって放出された光を増幅する。Nd-YAG レーザーは1.064 マイクロメートルの赤外光を放出し、最も一般的な固体レーザー(固体媒体に基づくレーザー) である。ファイバーの製造に金属ネオジムやその酸化物ではなくNdCl _{3 を}使用する理由は、化学蒸着中にNdCl ₃が分解しやすいためである。後者のプロセスはファイバーの成長に広く使用されている。^[19]

塩化ネオジム(III)は、従来のシリカベースの光ファイバーだけでなく、プラスチックファイバー（ドープフォトライムゼラチン、ポリイミド、ポリエチレンなど）のドーパントでもあります。^{[20]また、赤外線}有機発光ダイオードへの添加剤としても使用されています。^[21]^[22]さらに、ネオジムドープ有機フィルムはLEDとして機能するだけでなく、LEDの発光スペクトルを改善するカラーフィルターとしても機能します。^[23]

ネオジム(III)塩化物（およびその他の希土類塩）のさまざまな溶媒に対する溶解度により、固体ではなく液体を活性媒体として使用する新しいタイプの希土類レーザーが実現します。Nd ³⁺イオンを含む液体は、次の反応で生成されます。

SnCl ₄ + 2 SeOCl ₂ → SnCl ₆²⁻ + 2 SeOCl ⁺

SbCl ₅ + SeOCl ₂ → SbCl ₆⁻ + SeOCl ⁺

3 SeOCl ⁺⁺ + NdCl ₃ → Nd ³⁺ (溶媒) + 3 SeOCl ₂、

ここで、Nd ³⁺は実際には、最初の配位球に配位したいくつかのオキシ塩化セレン分子と溶媒和したイオンであり、つまり [Nd(SeOCl ₂ ) _m ] ³⁺である。この技術で調製されたレーザー液体は、同じ 1.064 マイクロメートルの波長で放射し、高ゲインや放射の鋭さなど、Nd ガラスレーザーよりも結晶レーザーに特徴的な特性を備えている。これらの液体レーザーの量子効率は、従来の Nd:YAG レーザーと比較して約 0.75 であった。^[21]

触媒

NdCl _{3のもう一つの重要な用途は触媒であり、}トリエチルアルミニウムや2-プロパノールなどの有機化学物質と組み合わせて、さまざまなジエンの重合を促進します。生成物には、ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレンなどの汎用合成ゴムが含まれます。^[11]^[24]^[25]

塩化ネオジム(III)は二酸化チタンの改質にも使用される。二酸化チタンはフェノール、各種染料、その他の廃水汚染物質の分解に用いられる最も一般的な無機光触媒の1つである。酸化チタンの触媒作用は紫外線、すなわち人工照明によって活性化される必要がある。しかし、塩化ネオジム(III)で酸化チタンを改質すると、太陽光などの可視光下での触媒作用が可能になる。改質触媒は、TiCl ₄とNdCl _{3の水溶液混合物から}水酸化アンモニウムによる化学的共沈-ペプト化法によって調製される。このプロセスは、光触媒セルフクリーニング塗料に使用するために、1000リットルの反応器で大規模に商業的に使用されている。^[26]^[27]

腐食防止

他の用途も開発されている。例えば、アルミニウムまたはさまざまなアルミニウム合金のコーティングにより、非常に耐腐食性の高い表面が生成され、その後、2か月間NaClの濃縮水溶液に浸漬してもピットの兆候が見られなかったことが報告されている。コーティングは、NdCl ₃の水溶液に1週間浸漬するか、同じ溶液を使用して電着することによって生成される。従来のクロムベースの腐食防止剤と比較して、NdCl ₃およびその他の希土類塩は環境に優しく、人や動物に対する毒性がはるかに低い。^[28]^[29]

_{アルミニウム合金に対するNdCl 3}の保護作用は、不溶性のネオジム水酸化物の形成に基づいています。塩化物であるNdCl ₃自体は腐食性があり、セラミックの腐食試験に使用されることもあります。^[30]

有機分子の標識

ネオジムを含むランタノイドは明るい発光で有名で、蛍光ラベルとして広く使用されています。特に、NdCl _3はDNAなどの有機分子に組み込まれており、さまざまな物理的および化学反応中に蛍光顕微鏡を使用して簡単に追跡できます。^[21]

健康問題

_{塩化ネオジム(III)は、}人間や動物に対して毒性はないようです（食塩とほぼ同じ）。動物に対するLD50（死亡率が50%になる投与量）は、体重1kgあたり約3.7g（マウス、経口）、0.15g/kg（ウサギ、静脈注射）です。24時間で500mgを摂取すると、皮膚に軽度の刺激が生じます（ウサギのドレイズ試験）。 ^[31]_LD50が2g/kgを超える物質は無毒とみなされます。^[32]

参照

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