Metaal (neodymium, Nd)

Neodymium is een zilverwit metaal dat makkelijk oxideert in de lucht. Het heeft het atoomnummer 60 waardoor het in periode 6 staat en onder lanthaniden valt. Groep 3 t/m 12 behoren tot overgangsmetalen en ook al staan de lathaniden in groep 3 behoort het niet tot overgangsmetalen. Het behoort gewoon tot de lanthaniden. Ook wel zeldzame aardmetalen genoemd. Zeldzaam wil niet zeggen dat het weinig voorkomt op aarde maar dat het om een groep elementen gaat die allemaal ontdekt zijn via de isolatie van hun oxide. Een belangrijke eigenschap van de lanthaniden is hoe de lanthaniden reageren op andere elementen, ook wel de basiciteit. Basiciteit bepaalt hoe elementen reageren op andere elementen, de basiciteit neemt af als het atoomnummer stijgt dus de basiciteit bij lanthaniden gaat als volgt: La3+ > Ce3+ > Pr3+ > Nd3+ > Pm3+ > Sm3+ > Eu3+ > Gd3+ > Tb3+ > Dy3+ > Ho3+ > Er3+ > Tm3+ > Yb3+ > Lu3+

Ook hebben de lanthaniden een magnetische eigenschap. Dat komt omdat elke elektron die beweegt eigenlijk een soort micro-magneet is. De soorten zijn ofwel diamagnetisch, wat betekent dat ze geen ongepaarde elektronen hebben, of paramagnetisch, wat betekent dat ze wel ongepaarde elektronen hebben. Ik ga nu een paar reacties van lanthaniden noemen: lanthaniden oxideren snel in vochtige lucht, lossen snel op in zuren en bij verwarming reageren ze met zwavel, waterstof, koolstof en stikstof.

Aangezien elke lanthaniden deze eigenschappen en reacties heeft gelden deze eigenschappen en reacties ook voor neodymium.

 

Neodymium komt niet als element in de natuur voor. Neodymium kan gevonden worden in ertsen van de aardkorst. De aardkost bevat namelijk 0,00415% neodymium en is hiermee ook het twee na meeste gevonden zeldzame aardmetalen. Een erts bevat een groot aantal verschillende elementen die er vervolgens uitgescheiden moeten worden. Om ze te scheiden moet het erts (vb: monaziet) worden behandel met geconcerteerd zwavelzuur bij 200°C. Daarbij ontstaat een oplossing van sulfaten van het lanthaan (zuurrest van het zoutzuur en de zouten ervan) thorium en de aanwezige lanthaniden. Het wordt dan ook altijd gevonden in verbindingen en met andere lanthaniden.  

De 3 belangrijkste ertsen zijn monaziet: bevat vooral de lichtere lanthaniden, xenotiem: bevat vooral de zwaardere lanthaniden, euxeniet: bevat een vrij gelijkmatige verdeling van de lanthaniden.

De wingebieden voor zeldzame aardmetalen (inclusief neodymium) liggen in Australië, China, Mongolië, India, Brazilië, Verenigde Staten, Maleisië, Rusland, Tanzania, Burundi, Zambia, Madagaskar, Zweden en Noorwegen. Het meeste neodymium wordt gewonnen en geproduceerd in China maar het wordt ook veel gewonnen in Australië en Maleisië.

 

Neodymium wordt vooral gebruikt in batterijen, kunstmest, keramische materialen, lampen, lasers, magneten en medische toepassingen. Met neodymium kunnen hele sterke permanente magneten gemaakt worden die soms in elektrische auto’s en windmolens worden toegepast. Dit gebeurd omdat neodymium-magneten de sterkste magneten zijn die er bestaan.

Ook kan het toegepast worden bij brillenglas kleuring. Neodymium-verbindingen kunnen het glas van brillen of lenzen van violet tot wijnrood kleuren. Deze kleuren worden in brillen vaak gebruikt voor lassers en gasblazers omdat het zowel de infrarode als ultraviolette straling wegneemt en de gloed van de vlam heel erg vermindert. 

Nog een toepassing is vuursteentjes. Vuursteentjes zijn gemaakt van mischmetaal, mischmetaal bestaat weer voor 20% neodymium. Dus neodymium kan dus ook worden toegepast in vuursteentjes. Vuursteentjes kun je weer gebruiken voor wegwerpaanstekers of zippo’s. 

Bij het vinden van ertsen en ze bewerken tot bruikbaar materiaal kan neodymium de eigenschappen van magnesiumlegeringen verbeteren wat kan in houden dat het een sterkere en betere legering wordt.

Als verbinding kan het nog toegepast worden om stenen te kleuren voor sierraden. Een voorbeeld hiervan kan zijn loodglas met Nd-verbindingen zijn.

 

Neodymium heeft als atoomnummer 60, het atoomnummer is gelijk aan het aantal protonen. Neodymium heeft dus 60 protonen en 60 elektronen omdat er zijn altijd evenveel elektronen als protonen nodig om een neutraal geladen atoom te hebben. Het massagetal = aantal protonen + neutronen. De atoommassa van neodymium is 144,242 maar om het aantal neutronen te weten moet je het eerst afronden tot het dichtstbijzijnde getal wat 144 is. Dan doe je 144 - 60 = 84. Er zitten 84 neutronen in neodymium. 

Protonen = 60

Neutronen = 84

Elektronen = 60

 

Het massagetal van neodymium is dus 144 maar je hebt ook een atoommassa (gemiddelde massa van de isotopen). Je hebt 7 isotopen bij neodymium: 142Nd, 143Nd, 144Nd, 145Nd, 146Nd, 148Nd, 150Nd. Vervolgens moet je de relatieve abundantie van elke isotoop vinden. -142Nd = 27,2%, : 100 = 0,272

-143Nd = 12,2% : 100 = 0,122

-144Nd = 23,8% : 100 = 0,238

-145Nd = 8,3% : 100 = 0,083

-146Nd = 17,2% : 100 = 0,172

-148Nd = 5,8% : 100 = 0,058

-150Nd = 5,6% : 100 = 0,056

Als je dat hebt moet je het vermenigvuldigen met het atoommassa van elke isotoop. Het massagetal van elke isotoop is bijvoorbeeld van 142Nd: 141.9077233. Vervolgens zet je alle sommen tussen haakjes en tel je elke isotoop bij elkaar op. Dan krijg je atoommassa 144,242 u, u is de eenheid van atomaire massa. 

(141.9077233 x 0,272) + (142.9098143 x 0,122) + (143.9100873 x 0,238) + (144.9125736 x 0,083) + (145.9131169 x 0,172) + (147.916893 x 0,058) + (150.923829 x 0,056) = 144,242u.

 

 

 

Neodymium is een metaal en een metaal geleid stroom in zowel een vaste als vloeibare toestand. Dit komt door de opbouw van metalen. Metalen zijn bij kamertemperatuur vaste stoffen en bestaan dan uit kristallen. Dit kristalrooster noemen we ook wel een metaalrooster. Het bestaat uit positieve metaalionen met daartussen elektronen die vrij kunnen bewegen. Doordat ze vrij kunnen bewegen in het metaalrooster kunnen ze stroom geleiden.

Neodymium kan dus zowel in een vaste al vloeibare toestand stroom geleiden.

 

Neodymium heeft 2 synthetische isotopen: 150Nd en 144Nd met een abundantie van 5,6% en een abundantie van 23,8% (abundantie houdt in hoeveel chemische elementen op bijvoorbeeld aarde voorkomen). De andere 5 isotopen zijn natuurlijke isotopen. De andere 5 isotopen zijn 142Nd, 143Nd, 145Nd, 146Nd, 148Nd. 

 

Isotopen zijn atomen met hetzelfde aantal protonen maar een ander aantal neutronen en dus een ander massagewicht. Dus als je wil weten hoeveel protonen, neutronen en elektronen bijvoorbeeld een 145Nd isotoop bevat moet je het volgende doen. Aantal protonen = 60, Aantal elektronen = 60, Aantal neutronen = 145 - 60 = 85 aangezien die 145 in 145Nd het massagetal aangeeft en het massagetal is aantal protonen + neutronen.

 

Er zitten 60 protonen in de kern

Er zitten 85 neutronen in de kern

Er zitten 60 elektronen in de wolk eromheen