Neodymium

ネオジムは、記号Nd、原子番号60の化学元素である。ランタノイド系列の4番目に位置し、希土類金属に属する。この硬く、わずかに展性のある金属は銀白色の外観を持つが、空気や湿気にさらされるとすぐに変色する。酸化すると、ピンク、紫青、黄色の化合物を生成し、ほとんどの場合+3酸化状態をとるが、非常に稀で反応性の高い+2および+4の形態も存在する。そのスペクトルは元素の中で最も複雑なものの一つと考えられている。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（プラセオジムも発見）によって発見されたネオジムは、天然には純金属として、または他のランタノイドと混合されずに存在することはない。モナザイトやバストネサイトという鉱物にかなりの量で存在し、地殻中の存在量はコバルト、ニッケル、銅と同程度である。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る。ネオジム化合物は1927年にガラス染料として初めて商業利用され、現在も人気がある。その色は通常赤みがかった紫色で、Nd³⁺イオンに由来し、ネオジムの鋭い吸収帯と、水銀、ユウロピウム、テルビウムからの発光帯が豊富な環境光との相互作用により、異なる照明下で変化する。ネオジムを添加したガラスは、1046～1062ナノメートルの赤外線を発するレーザーに使用され、慣性核融合などの高出力用途に用いられる。また、Nd:YAGレーザーのように、イットリウム・アルミニウム・ガーネットなどの他の結晶基板にも使用される。ネオジム合金は高強度の永久磁石を生成し、マイク、プロフェッショナルスピーカー、インナーイヤーヘッドホン、高性能ホビー用DCモーター、低磁石質量や強力な磁場が必要とされるコンピューターハードディスクドライブに広く使用されている。より大型のネオジム磁石は、ハイブリッドカーなどの高出力対重量比を備えた電気モーターや、航空機や風力タービンの発電機に動力を供給する。金属ネオジムは明るい銀白色の光沢を持つ。一般的に2つの同素体が存在し、約863°Cで二重六方晶系から体心立方晶系に変化する。ほとんどのランタノイドと同様に、室温では常磁性であり、20 K（−253.2°C）以下では反強磁性になる。それ以下では、長いスピン緩和時間とスピングラス挙動を伴う複雑な磁気相を示す。ネオジムは古典的なミッシュメタルの約18%を占めていた。磁石の場合、強磁性体である鉄と合金化される。4番目のランタノイドとして、ネオジムはプラセオジムと放射性のプロメチウムの間に位置し、ウランの上にある。その60個の電子は[Xe]4f⁴6s²と配置され、4f軌道と6s軌道からの6個の価電子を持つ。ほとんどのランタノイドと同様に、通常は3個の価電子のみを使用する。これは、残りの4f電子が強く結合しているためである。4f軌道はキセノン核に最も深く浸透し、次いで5d、6sと続き、イオン電荷が高くなるほど結合が強くなる。ネオジムはランタノイドの初期に現れるため、核電荷が十分に低く、4f副殻のエネルギーが十分に高いため、4番目の電子を失うことができる。ネオジムは1,024°Cで融解し、3,074°Cで沸騰する。通常の酸化状態は+3であるが、+2および+4の形態も存在し、非常に稀に+0もある。この金属は室温で急速に酸化し、鉄錆のように剥離性の酸化物層を形成する。1センチメートル大のサンプルは約1年で完全に腐食する。Nd³⁺は一般に水溶性である。プラセオジムと同様に、約150°Cで容易に燃焼して酸化ネオジム(III)を形成し、これが剥がれてさらに多くの金属を露出させる：4 Nd + 3 O₂ → 2 Nd₂O₃。これは電気陽性であり、冷水とはゆっくり、温水とは急速に反応して水酸化ネオジム(III)を形成する：2 Nd(s) + 6 H₂O(l) → 2 Nd(OH)₃(aq) + 3 H₂(g)。すべての安定なハロゲンと激しく反応する：フッ素とは紫色のNdF₃、塩素とは藤色のNdCl₃、臭素とは紫色のNdBr₃、ヨウ素とは緑色のNdI₃を生成する。希硫酸に容易に溶解し、[Nd(H₂O)₉]³⁺錯体としてライラック色のNd(III)イオンを生成する：2 Nd(s) + 3 H₂SO₄(aq) → 2 Nd³⁺(aq) + 3 SO₄²⁻(aq) + 3 H₂(g)。重要なネオジム化合物には、ハロゲン化物（NdF₃、NdCl₂、NdCl₃、NdBr₃、NdI₂、NdI₃）、酸化物Nd₂O₃、水酸化物Nd(OH)₃、炭酸塩Nd₂(CO₃)₃、硫酸塩Nd₂(SO₄)₃、酢酸塩Nd(CH₃COO)₃、およびネオジム磁石（Nd₂Fe₁₄B）がある。一部の化合物は異なる照明下で色が変化する。これらはネオジム-炭素結合を含み、他のランタノイド有機金属化合物に類似しており、特定の反応を受けられないことを特徴とする。