Chlorek neodymu(III) - Neodymium(III) chloride
|
|||
| Nazwy | |||
|---|---|---|---|
| Inne nazwy
Trójchlorek neodymu
|
|||
| Identyfikatory | |||
|
Model 3D ( JSmol )
|
|||
| ChemSpider | |||
| Karta informacyjna ECHA |
100.030.016 
|
||
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|||
| UNII | |||
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
| Nieruchomości | |||
| NdCl 3 , NdCl 3 x 6 2 O (wodzian) |
|||
| Masa cząsteczkowa | 250,598 g/mol | ||
| Wygląd zewnętrzny | Fioletowo zabarwiony proszek higroskopijny |
||
| Gęstość | 4,13 g / cm 3 (2.3 wodzian) | ||
| Temperatura topnienia | 759 ° C (1398 ° F; 1032 K) | ||
| Temperatura wrzenia | 1600 ° C (2910 ° F; 1870 K) | ||
| 1 kg/L w 25 °C | |||
| Rozpuszczalność w etanolu | 0,445 kg/L | ||
| Struktura | |||
| sześciokątny ( ucl 3 Typ ) HP8 | |||
| P6 3 /m, nr 176 | |||
|
a = 0,73988 nm, c = 0,42423 nm
|
|||
|
Jednostki wzoru ( Z )
|
2 | ||
| Trigonalny pryzmatyczny trigonalny (dziewięć współrzędnych) |
|||
| Zagrożenia | |||
| Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa | Zewnętrzna Karta Charakterystyki | ||
| Związki pokrewne | |||
|
Inne aniony
|
Bromek neodymu(III) Tlenek neodymu(III) |
||
|
Inne kationy
|
LaCl 3 , SmCl 3 , PrCl 3 , EuCl 3 , CeCl 3 , GdCl 3 , TbCl 3 , chlorek prometu (III) | ||
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|||
 zweryfikuj ( co to jest ?)
  |
|||
| Referencje do infoboksu | |||
_2.png)
Chlorek neodymu (III) lub trichlorek neodymu jest związkiem chemicznym neodymu i chloru o wzorze NdCl 3 . Ten bezwodny związek jest fioletowe zabarwione ciało stałe, które szybko wchłania wody po wystawieniu na działanie powietrza, tworząc purpurowym kolorze heksa hydrat , NdCl 3 x 6 2 O. neodymu (III) wytwarza się z minerałów monacytu i bastnazyt stosowania złożonego ekstrakcji wielostopniowej proces. Chlorek ma kilka ważnych zastosowań jako pośredni związek chemiczny do produkcji laserów neodymowych i światłowodów opartych na metalach neodymowych . Inne zastosowania obejmują katalizator w syntezie organicznej i przy rozkładzie zanieczyszczeń ścieków, ochronę antykorozyjną aluminium i jego stopów oraz znakowanie fluorescencyjne cząsteczek organicznych ( DNA ).
Wygląd zewnętrzny
NdCl 3 jest w kolorze fioletowo higroskopijnych substancji stałej, której kolor zmienia się purpurowy wyniku absorpcji wody z atmosfery. Powstały hydrat, podobnie jak wiele innych soli neodymowych , ma interesującą właściwość polegającą na tym, że w świetle fluorescencyjnym pojawia się różne kolory - w przypadku chlorku jasnożółty (patrz rysunek).
Struktura
Solidny
Bezwodna NdCl 3 wyposażony neurodegeneracyjnych dziewięć współrzędnych tricapped trójkątny pryzmatyczny geometria i krystalizuje z ucl 3 struktury. Ta heksagonalna struktura jest wspólna dla wielu halogenowanych lantanowców i aktynowców, takich jak LaCl 3 , LaBr 3 , SmCl 3 , PrCl 3 , EuCl 3 , CeCl 3 , CeBr 3 , GdCl 3 , AmCl 3 i TbCl 3 , ale nie dla YbCl 3 i LuCl 3 .
Rozwiązanie
Struktura chlorku neodymu(III) w roztworze zależy w dużej mierze od rozpuszczalnika: W wodzie głównymi indywiduami są Nd(H 2 O) 8 3+ , a sytuacja ta jest powszechna dla większości chlorków i bromków ziem rzadkich. W metanolu są to NdCl 2 (CH 3 OH) 6 + , aw kwasie solnym NdCl ( H 2 O ) 7 2+ . Koordynacja neodymu jest we wszystkich przypadkach oktaedryczna (8-krotna), ale struktura ligandu jest inna.
Nieruchomości
NdCl 3 jest miękkim, paramagnetycznym ciałem stałym, które staje się ferromagnetyczne w bardzo niskiej temperaturze 0,5 K. Jego przewodność elektryczna wynosi około 240 S/m, a pojemność cieplna wynosi ~100 J/(mol·K). NdCl 3 jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i etanolu, ale nie w chloroformie i eterze . Redukcja NdCl 3 metalicznym Nd w temperaturach powyżej 650 °C daje NdCl 2 :
- 2 NdCl 3 + Nd → 3 NdCl 2
Ogrzanie NdCl 3 parą wodną lub krzemionki wytwarza neodymowy tlenochlorku:
- NdCl 3 + H 2 O → NdOCl + 2 HCI
- 2 NdCl 3 + SiO 2 → 2 NdOCl + SiCl 4
Reakcja NdCl 3 z siarkowodorem w temperaturze około 1100 °C daje siarczek neodymu:
- 2 NdCl 3 + 3 H 2 S → 2 Nd 2 S 3 + 6 HCl
Reakcje z amoniakiem i fosfiną w wysokich temperaturach dają odpowiednio azotek neodymu i fosforek:
- NdCl 3 + NH 3 → NDN + 3 HCl
- NdCl 3 + PH 3 → NdP + 3 HCl
Natomiast dodatek kwasu fluorowodorowego daje fluorek neodymu:
- NdCl 3 + 3 HF → NdF 3 + 3 HCl
Przygotowanie
NdCl 3 jest produkowany z minerałów monacytu i bastnazyt . Synteza jest złożona ze względu na niską zawartość neodymu w skorupie ziemskiej (38 mg/kg) oraz z powodu trudności w oddzieleniu neodymu od innych lantanowców. Proces ten jest jednak łatwiejszy dla neodymu niż dla innych lantanowców ze względu na jego stosunkowo wysoką zawartość w minerale – do 16% wagowych, co jest trzecim co do wielkości po ceru i lantanie . Istnieje wiele odmian syntezy i można je uprościć w następujący sposób:
Rozdrobniony minerał jest traktowany gorącym stężonym kwasem siarkowym w celu wytworzenia rozpuszczalnych w wodzie siarczanów pierwiastków ziem rzadkich. Kwaśne filtraty są częściowo neutralizowane wodorotlenkiem sodu do pH 3–4. Tor wytrąca się z roztworu w postaci wodorotlenku i jest usuwany. Następnie roztwór traktuje się szczawianem amonu w celu przekształcenia pierwiastków ziem rzadkich w ich nierozpuszczalne szczawiany . Szczawiany są przekształcane w tlenki przez wyżarzanie. Tlenki rozpuszczają się w kwasie azotowym , z wyłączeniem głównych składników, ceru , którego tlenek jest nierozpuszczalny w HNO 3 . Tlenek neodymu jest oddzielany od innych tlenków metali ziem rzadkich przez wymianę jonową . W tym procesie jony metali ziem rzadkich są adsorbowane na odpowiedniej żywicy przez wymianę jonową z jonami wodorowymi, amonowymi lub miedziowymi obecnymi w żywicy. Jony ziem rzadkich są następnie selektywnie wypłukiwane przez odpowiedni środek kompleksujący, taki jak cytrynian amonu lub nitrylotracetan.
Ten proces zwykle daje Nd 2 O 3 ; tlenek jest trudny do bezpośredniego przekształcenia w neodym pierwiastkowy, co często jest celem całej procedury technologicznej. W związku z tym tlenek jest traktowany kwasem solnym i chlorkiem amonu w celu wytworzenia mniej stabilnego NdCl 3 :
- Nd 2 O 3 + 6 NH 4 Cl → 2 NdCl 3 + 3 H 2 O + 6 NH 3
Wytworzony w ten sposób NdCl 3 szybko absorbuje wodę i przekształca się NdCl 3 x 6 2 O hydratu, która jest stabilna w przechowywaniu i mogą być przekształcane z powrotem w NdCl 3 , gdy jest to konieczne. Proste szybkie ogrzewanie hydratu nie jest praktyczne do tego celu, ponieważ powoduje hydrolizę, aw konsekwencji wytwarzanie Nd 2 O 3 . W związku z tym, bezwodny NdCl 3 wytwarza się przez odwodnienie wodzianów albo przez powolne ogrzewanie do temperatury 400 ° C, z 4-6 równoważnikami chlorku amonowego w warunkach wysokiej próżni, lub przez ogrzewanie z nadmiarem chlorku tionylu przez kilka godzin. NdCl 3 można alternatywnie otrzymać przez reakcję neodymowy metalu z chlorkiem wodoru lub chloru , chociaż ta metoda nie jest ekonomiczny ze względu na stosunkowo wysoką cenę metalu i jest wykorzystywany wyłącznie do celów badawczych. Po przygotowaniu jest zwykle oczyszczany poprzez sublimację w wysokiej temperaturze w wysokiej próżni.
Aplikacje
Produkcja metalu neodymowego
Chlorek neodymu(III) jest najczęstszym związkiem wyjściowym do produkcji neodymu metalicznego. NdCl 3 jest ogrzewany z chlorkiem amonu lub fluorkiem amonu i kwasem fluorowodorowym lub z metalami alkalicznymi lub ziem alkalicznych w próżni lub atmosferze argonu w temperaturze 300–400 °C.
- NdCl 3 + 3 Li → Nd + 3 LiCl
Alternatywną drogą jest elektroliza stopionej mieszaniny bezwodnego NdCl 3 i NaCl lub KCl w temperaturze około 700°C. Mieszaninę topi w tych temperaturach, chociaż są one niższe od temperatur topnienia NdCl 3 oraz KCI (~ 770 ° C).
Lasery i wzmacniacze światłowodowe
Chociaż sam NdCl 3 nie posiada silnej luminescencji , służy jako źródło jonów Nd 3+ dla różnych materiałów emitujących światło. Do tych ostatnich należą lasery Nd-YAG i wzmacniacze światłowodowe domieszkowane Nd , które wzmacniają światło emitowane przez inne lasery. Laser Nd-YAG emituje podczerwień światło na 1.064 mikrometrów i jest najbardziej popularny laser półprzewodnikowy (tj laser oparty na podłożu stałym). Powodem zastosowania NdCl 3 zamiast metalicznego neodymu lub jego tlenku, przy produkcji włókien łatwo rozkładu NdCl 3 podczas osadzania chemicznego z fazy gazowej ; ten ostatni proces jest szeroko stosowany do wzrostu włókien.
Chlorek neodymu(III) jest domieszką nie tylko tradycyjnych światłowodów na bazie krzemionki, ale także włókien z tworzyw sztucznych (domieszkowanych fotolimonowo-żelatynowych, poliimidowych , polietylenowych itp.). Jest również stosowany jako dodatek do organicznych diod elektroluminescencyjnych na podczerwień . Poza tym folie organiczne domieszkowane neodymem mogą pełnić rolę nie tylko diod LED, ale także filtrów barwnych poprawiających widmo emisji diod LED.
Rozpuszczalność chlorku neodymu(III) (i innych soli metali ziem rzadkich) w różnych rozpuszczalnikach skutkuje powstaniem nowego typu lasera ziem rzadkich, w którym jako ośrodek aktywny nie stosuje się ciała stałego, lecz cieczy. Ciecz zawierająca jony Nd 3+ jest przygotowywana w następujących reakcjach:
- SnCl 4 + 2 SeOCl 2 → SnCl 6 2− + 2 SeOCl +
- SbCl 5 + SeOCl 2 → SbCl 6 − + SeOCl +
- 3 SeOCl + + NdCl 3 → Nd 3+ (rozpuszczalnik) + 3 SeOCl 2 ,
gdzie Nd 3+ jest w rzeczywistości solwatowanym jonem z kilkoma cząsteczkami tlenochlorku selenu skoordynowanymi w pierwszej sferze koordynacyjnej, czyli [Nd(SeOCl 2 ) m ] 3+ . Ciecze laserowe wytworzone tą techniką emitują przy tej samej długości fali 1,064 mikrometra i posiadają właściwości, takie jak wysokie wzmocnienie i ostrość emisji, które są bardziej charakterystyczne dla laserów krystalicznych niż ze szkła Nd. Wydajność kwantowa tych ciekłych laserów wynosiła około 0,75 w stosunku do tradycyjnego lasera Nd:YAG.
Kataliza
Innym ważnym zastosowaniem NdCl 3 jest kataliza – w połączeniu z organicznymi chemikaliami, takimi jak trietyloglin i 2-propanol , przyspiesza polimeryzację różnych dienów . Produkty obejmują takie kauczuki syntetyczne ogólnego przeznaczenia, jak polibutylen , polibutadien i poliizopren .
Do modyfikacji dwutlenku tytanu stosuje się również chlorek neodymu(III) . Ten ostatni jest jednym z najpopularniejszych nieorganicznych fotokatalizatorów do rozkładu fenolu , różnych barwników i innych zanieczyszczeń ścieków. Katalityczne działanie tlenku tytanu musi być aktywowane przez światło UV, czyli sztuczne oświetlenie. Jednak modyfikacja tlenku tytanu chlorkiem neodymu(III) umożliwia katalizę w świetle widzialnym, takim jak światło słoneczne. Zmodyfikowany katalizator wytwarza się przez chemiczne metody współstrącania-peptyzacji przez wodorotlenku amonowego z mieszanin TiCl 4 i NdCl 3 w roztworze wodnym). Proces ten jest stosowany komercyjnie na dużą skalę w 1000-litrowym reaktorze do stosowania w fotokatalitycznych farbach samoczyszczących.
Ochrona przed korozją
Opracowywane są inne aplikacje. Na przykład doniesiono, że powlekanie aluminium lub różnych stopów aluminium daje powierzchnię bardzo odporną na korozję, która następnie jest odporna na zanurzenie w stężonym wodnym roztworze NaCl przez dwa miesiące bez oznak wżerów. Powłoka jest wytwarzana albo przez zanurzenie w wodnym roztworze NdCl 3 na tydzień lub przez elektrolityczne osadzanie przy użyciu tego samego roztworu. W porównaniu z tradycyjnymi inhibitorami korozji na bazie chromu , NdCl 3 i inne sole metali ziem rzadkich są przyjazne dla środowiska i znacznie mniej toksyczne dla ludzi i zwierząt.
Ochronne działanie NdCl 3 na stopy aluminium polega na tworzeniu nierozpuszczalnego wodorotlenku neodymu. Będąc chlorkiem, sam NdCl 3 jest środkiem korozyjnym, który jest czasami używany do badania korozji ceramiki.
Znakowanie cząsteczek organicznych
Lantanowce, w tym neodym, słyną z jasnej luminescencji i dlatego są szeroko stosowane jako etykiety fluorescencyjne. W szczególności NdCl 3 została włączona do cząsteczek organicznych, takich jak DNA, które można następnie łatwo prześledzić za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego podczas różnych reakcji fizykochemicznych.
Problemy zdrowotne
Chlorek neodymu(III) nie wydaje się toksyczny dla ludzi i zwierząt (w przybliżeniu podobny do soli kuchennej). LD 50 (dawka, przy której 50% śmiertelności) dla zwierząt wynosi około 3,7 g na kg masy ciała myszy (doustnie), 0,15 g / kg (królik, dożylne). Łagodne podrażnienie skóry występuje po ekspozycji na 500 mg w ciągu 24 godzin ( test Draize na królikach). Substancje o LD 50 powyżej 2 g / kg, są uważane za nietoksyczne.