네오디뮴

3. 특성

네오디뮴은 희토류 금속으로, 다른 희토류 금속과의 혼합물에 18% 정도 포함되어 있으면 미시메탈이 된다. 순수한 네오디뮴은 밝은 은색 광택이 있지만, 희토류 금속 중 반응성이 큰 편이라 공기 중에서 빠르게 산화된다. 이렇게 생긴 산화 피막은 쉽게 떨어져 나가 산화 반응을 계속되게 한다. 실제로 센티미터 크기의 네오디뮴 샘플은 1년 안에 전부 산화된다.^[6]

란타넘족 원소 중에서는 비교적 이온 반지름이 큰 편이다.

단체 네오디뮴은 무수 염화네오디뮴을 용융염 전해하거나 칼슘이나 나트륨으로 환원하여 얻는다.

3. 1. 물리적 특성

3. 2. 화학적 특성

3. 3. 전자 배치

3. 4. 화합물

• 할라이드: NdF₃; NdCl₂; NdCl₃; NdBr₃; NdI₂; NdI₃
• 산화물: 산화네오디뮴(III) (Nd₂O₃)
• 수산화물: 수산화네오디뮴(III) (Nd(OH)₃)
• 탄산염: Nd₂(CO₃)₃
• 황산염: 황산네오디뮴(III) (Nd₂(SO₄)₃)
• 아세테이트: Nd(CH₃COO)₃
• 네오디뮴 자석(Nd₂Fe₁₄B)

4. 동위 원소

자연에는 5개의 안정 동위 원소(¹⁴²Nd, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd)와 2개의 방사성 동위 원소(¹⁴⁴Nd, ¹⁵⁰Nd)가 존재한다. 이 중 ¹⁴²Nd가 가장 풍부하며(자연 존재비 27.13%), ¹⁴⁴Nd와 ¹⁵⁰Nd는 매우 긴 반감기를 가진다. ¹⁴⁴Nd는 2.29×10¹⁵년의 반감기를 가지고 알파 붕괴하며, ¹⁵⁰Nd는 9.3×10¹⁸년의 반감기를 가지고 이중 베타 붕괴를 한다.^[15]

31종류 이상의 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 대부분 반감기가 짧다. 가장 안정적인 인공 동위 원소는 ¹⁴⁷Nd (반감기 10.98일)이다. 네오디뮴은 15가지의 알려진 준안정 동위원소를 가지고 있으며, 이 중 가장 안정적인 것은 ^139mNd (반감기 5.5시간), ^135mNd (반감기 5.5분), ^133m1Nd (반감기 ~70초)이다.¹⁴²Nd 이전의 주된 붕괴 방식은 전자 포획과 양전자 방출이며, 그 이후의 주된 방식은 베타 마이너스 붕괴이다. ¹⁴²Nd 이전의 주된 붕괴 생성물은 프라세오디뮴 동위원소이고, 이후의 주된 생성물은 프로메튬 동위원소이다.^[15]142Nd는 수명이 짧은 툴륨의 동위원소와 이터븀 생산에 사용되며, ¹⁴⁶Nd는 방사성 동력원인 ¹⁴⁷Pm 생산에 사용될 수 있다. 여러 네오디뮴 동위원소가 다른 프로메튬 동위원소 생산에 사용된다. ¹⁴⁷Sm에서 안정적인 ¹⁴³Nd로의 붕괴는 사마륨-네오디뮴 연대 측정을 가능하게 한다.^{[17] 150}Nd는 이중 베타 붕괴 연구에도 사용된다.^[18]

5. 존재

네오디뮴은 자연에서 순수한 형태로 발견되지 않고, 다른 희토류 금속들과 함께 모나자이트(모나즈석), 희토류광(바스트네사이트) 등에 소량 포함되어 있다. 지각 내 존재량은 약 38ppm으로, 희토류 금속 중 세륨 다음으로 풍부하다.

Nd³⁺ 이온은 크기가 세륨족(란타넘부터 사마륨과 유로피움까지)의 초기 란타넘족 이온과 비슷하여, 인산염, 규산염, 탄산염 광물 등에서 함께 발견되는 경향이 있다.^[29]

주요 생산지는 중국, 미국, 브라질, 인도, 스리랑카, 호주 등이다. 2004년 기준 전 세계 생산량은 약 7,000톤이었으며,^[26] 현재는 대부분 중국에서 생산된다. 그린란드에는 네오디뮴을 포함한 희토류 광물 대규모 매장지가 있는 것으로 알려져 있다.^[34]

6. 이용

네오디뮴은 다양한 분야에서 활용된다.
자석네오디뮴 자석(Nd₂Fe₁₄B)은 현재까지 알려진 가장 강력한 영구 자석이다. 코발트-사마륨 자석보다 가격이 저렴하고, 가볍고, 강력하여 마이크, 확성기, 이어폰, 컴퓨터 하드디스크 등 다양한 전자기기에 사용된다.^[38][39][40] 특히, 소형화가 필요하거나 강력한 자기장이 필요한 곳에 유용하다. 대형 네오디뮴 자석은 하이브리드 자동차의 전동기나 발전기 터빈 등에도 사용되는데, 토요타 프리우스의 구동 전기 모터에는 1kg의 네오디뮴이 필요하다.^[37]

• 네오디뮴은 액체 헬륨 온도에서 큰 비열을 가져 극저온 냉각기에 유용하다.^[57]
• 아세트산 네오디뮴은 전자 현미경에서 초산 우라닐을 대체하는 대조제로 사용될 수 있다.^[58]
• Nd³⁺는 식물 성장을 촉진한다는 보고가 있으며, 희토류 원소 화합물은 중국에서 비료로 사용된다.^[59][60]
• 사마륨-네오디뮴 연대 측정은 암석^[61]과 운석^[62]의 연대를 측정하는 데 사용된다.
• 네오디뮴 동위원소는 과거 해양 순환 변화를 연구하는 데 사용된다.^[63][64]
• 초전도체 재료 및 YAG 레이저 첨가물로 사용된다.
• 옥살산염 및 프라세오디뮴의 합금인 디딤(Didymium)은 방현 유리, 방진 유리, 특수 합금의 재료가 된다.^[76]
• (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)의 동위원소 비와 스트론튬(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)의 동위원소 비는 방사성 동위원소 연대 측정에 사용된다.^[77]

6. 1. 자석

6. 2. 광학 재료

6. 3. 기타 용도

• 네오디뮴은 액체 헬륨 온도에서 비정상적으로 큰 비열을 가지므로 극저온 냉각기에 유용하다.^[57]
• 아세트산 네오디뮴은 전자 현미경에서 방사성 및 독성이 있는 초산 우라닐을 대체하는 표준 대조제로 사용할 수 있다.^[58]
• Ca²⁺와의 유사성 때문인지, Nd³⁺가 식물의 성장을 촉진한다는 보고가 있다.^[59] 희토류 원소 화합물은 중국에서 비료로 자주 사용된다.^[60]
• 사마륨-네오디뮴 연대 측정은 암석^[61]과 운석^[62]의 연령 관계를 결정하는 데 유용하다.
• 해양 퇴적물에 기록된 네오디뮴 동위원소는 과거 해양 순환의 변화를 재구성하는 데 사용된다.^[63][64]
• 초전도체 재료로 사용된다.
• YAG 레이저 첨가물로 사용된다.
• 옥살산염 및 프라세오디뮴의 합금인 디딤(Didymium)은 방현 유리 및 방진 유리, 특수 합금의 재료가 된다.^[76]
• (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)의 동위원소 비와 스트론튬(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)의 동위원소 비는 방사성 동위원소 연대 측정에 사용된다.^[77]

7. 주의 사항

네오디뮴 분말은 연소와 폭발의 위험이 있다. 네오디뮴 화합물은 정확히 독성이 측정된 적은 없으나 어느 정도의 독성을 나타낼 수 있다. 이들은 눈, 점막, 피부 등에 자극을 줄 수 있고 폐나 간 등에 축적되면 심각한 악영향을 줄 수 있다.^[65] 또, 네오디뮴 자석은 매우 강력하여 가까운 거리에 위치시키면 서로 강력하게 붙으므로 부상을 입을 수 있다.^[71]

네오디뮴 금속 분말은 가연성이므로 폭발 위험이 있다. 다른 모든 희토류 금속과 마찬가지로 네오디뮴 화합물의 독성은 낮거나 중간 정도이지만, 그 독성은 완전히 조사되지 않았다.^[69] 네오디뮴 염의 경우, 수용성인 경우 불용성인 경우보다 독성이 더 강한 것으로 간주된다.^[69] 네오디뮴 분말과 염은 눈과 점막에 매우 자극적이며 피부에는 중등도로 자극적이다. 분말을 흡입하면 폐 색전증이 발생할 수 있으며, 누적 노출은 간에 손상을 준다.^[26]

네오디뮴으로 만들어진 시판 자석은 매우 강력하여 먼 거리에서 서로 끌어당길 수 있다. 조심스럽게 다루지 않으면 매우 빠르고 강력하게 서로 달라붙어 부상을 입을 수 있다. 사용자가 사용하던 두 개의 자석이 50cm 떨어진 곳에서 달라붙으면서 손가락 끝을 잃은 사례가 적어도 하나 있다.^[71]

강력한 자석의 또 다른 위험은 여러 개의 자석을 삼켰을 경우 위장관 내의 연조직을 압박할 수 있다는 것이다. 이로 인해 응급실 방문이 약 1,700건으로 추산되었으며,^[72] 작은 네오디뮴 자석으로 구성된 버키볼 장난감 시리즈의 리콜로 이어졌다.^[72][73]

참조

_[1] 논문 Studies of Landé gJ-factors of singly ionized neodymium isotopes (142, 143 and 145) at relatively small magnetic fields up to 334 G by collinear laser ion beam spectroscopy
_[2] 문서 Abundances of the elements (data page)
_[3] 논문 Neodymium-iron-boron permanent magnets 1991-11-01
_[4] 뉴스 As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms https://www.reuters.[...] Reuters 2009-08-31
_[5] 서적 Neodymium https://doi.org/10.1[...] Springer 2009-01-01
_[6] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics https://doi.org/10.1[...] CRC Press 2016-01-01
_[7] 서적 Handbook of Crystal Structures and Magnetic Properties of Rare Earth Intermetallics https://books.google[...] CRC Press 1994-03-08
_[8] 논문 Magnetic phase diagrams of neodymium 1991-01-01
_[9] 논문 Magnetic phase transitions in double hexagonal close packed neodymium metal-commensurate in two dimensions 1994-01-01
_[10] 논문 Self-induced spin glass state in elemental and crystalline neodymium 2020-01-01
_[11] 서적 Magnetism of the Elements https://doi.org/10.1[...] Springer International Publishing 2021-01-01
_[12] 웹사이트 Neodymium: reactions of elements https://www.webeleme[...] 2017-04-10
_[13] 웹사이트 Chemical reactions of Neodymium https://www.webeleme[...] Webelements 2012-08-16
_[14] 서적 Lighting II: Sources Springer
_[15] 논문 Decay of the heaviest isotope of neodymium:154Nd 1985-01-01
_[16] 논문 Experimental searches for rare alpha and beta decays 2019-01-01
_[17] 논문 Nd isotopic variations and petrogenetic models https://authors.libr[...]
_[18] 논문 Double beta decay of ¹⁵⁰Nd to the First 0⁺ excited state of ¹⁵⁰Sm
_[19] 논문 Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Last Member https://chemistry.un[...] 2016-01-01
_[20] 논문 The Discovery of the Elements: XI. Some Elements Isolated with the Aid of Potassium and Sodium:Zirconium, Titanium, Cerium and Thorium 1932-01-01
_[21] 서적 The discovery of the elements https://archive.org/[...] Journal of Chemical Education 1956-01-01
_[22] 논문 Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years http://www.chem.unt.[...] 2015-01-01
_[23] 서적 Comptes rendus Academie des sciences 0008 https://books.google[...] Taylor & Francis 1839-01-01
_[24] 논문 Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente
_[25] 서적 Extractive Metallurgy of Rare Earths CRC Press
_[26] 서적 Nature's building blocks: an A–Z guide to the elements https://archive.org/[...] Oxford University Press 2003-01-01
_[27] 논문 The discovery of the elements. XVI. The rare earth elements
_[28] 서적 The Rare Earths, a Challenge to Mendeleev, No Less Today https://doi.org/10.1[...] Springer International Publishing 2021-01-01
_[29] 웹사이트 Mindat.org https://www.mindat.o[...] 1993-01-01
_[30] 서적 BUNDANCE OF ELEMENTS IN THE EARTH’S CRUST AND IN THE SEA
_[31] 웹사이트 Rare Earths Statistics and Information U.S. Geological Survey http://minerals.usgs[...]
_[32] 뉴스 Honda co-develops first hybrid car motor free of heavy rare earth metals https://www.reuters.[...] 2016-07-12
_[33] 뉴스 Honda's Heavy Rare Earth-Free Hybrid Motors Sidestep China https://www.bloomber[...] 2016-07-12
_[34] 뉴스 Greenland to hold election watched closely by global mining industry https://www.reuters.[...] 2021-03-31
_[35] 논문 Influence of specific neodymium-glass absorption bands on generating energy 1971-08-01
_[36] 논문 New material for permanent magnets on a base of Nd and Fe 1984
_[37] 논문 REE Recovery from End-of-Life NdFeB Permanent Magnet Scrap: A Critical Review 2017-03-01
_[38] 논문 The Fe-Nd (Iron-Neodymium) system 1992
_[39] 논문 Effect of impurities on the corrosion behaviour of neodymium 1993-10-01
_[40] 논문 Testing the cytotoxicity of metal alloys used as magnetic prosthetic devices 2003-04-01
_[41] 웹사이트 Application of Neodymium Magnets in Wind Turbine Generators https://www.stanford[...] 2024-08-16
_[42] 논문 Color of porcelain containing neodymium oxide 2008-05-01
_[43] 웹사이트 Chameleon Glass Changes Color http://coloradosprin[...] 2009-06-06
_[44] 서적 Optical-Pump Sources for Nd : Glass Lasers Springer, Berlin, Heidelberg 1981
_[45] 서적 Dictionary of glass: materials and techniques https://archive.org/[...] University of Pennsylvania Press 2001
_[46] 웹사이트 Baader Neodymium Filter https://www.firstlig[...]
_[47] 논문 Recovery of Neodymium as (Na, Nd)(SO4)2 from the Ferrous Fraction of a General WEEE Shredder Stream 2018-06-01
_[48] 논문 Color-filtered phosphor-in-glass for LED-lit LCD with wide color gamut 2019-08
_[49] 서적 The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side https://books.google[...] Oxford University Press 2015
_[50] 논문 Comparison of diode-side-pumped triangular Nd:YAG and Nd:YAP laser https://www.crytur.c[...] 2022-02-16
_[51] 웹사이트 Solid State Laser & Semiconductor Laser http://dewan.buet.ac[...] 2012-06-27
_[52] 논문 Continuous operation of a solid-state optical maser 1962
_[53] 논문 Laser oscillations in nd-doped yttrium aluminum, yttrium gallium and gadolinium garnets 1964
_[54] 서적 (서적 제목 없음) 1999,1998,1998,1986
_[55] 논문 Multipass Reconfiguration of the HELEN Nd:Glass Laser at the Atomic Weapons Establishment 2002
_[56] 논문 Third harmonic generation of Nd:glass laser with novel composite deuterated KDP crystals 2010-10-01
_[57] 논문 Centrifugal Atomization of Neodymium and Er3Ni Regenerator Particulate 2023-06-07
_[58] 논문 Neodymium as an alternative contrast for uranium in electron microscopy 2020-04-01
_[59] 논문 The Effect of Neodymium (Nd³⁺) on Some Physiological Activities in Oilseed Rape during Calcium (Ca²⁺) Starvation http://www.regional.[...] 1999
_[60] 논문 Review of Rare Earth Elements as Fertilizers and Feed Additives: A Knowledge Gap Analysis 2021-11-01
_[61] 뉴스 Team finds Earth's 'oldest rocks' http://news.bbc.co.u[...] 2009-06-06
_[62] 논문 Sm–Nd Dating 2023-06-07
_[63] 논문 Neodymium budget in the modern ocean and paleo-oceanographic implications 2003
_[64] 논문 Neodymium in the oceans: a global database, a regional comparison and implications for palaeoceanographic research 2016-11-28
_[65] 웹사이트 Neodymium 261157 https://www.sigmaald[...]
_[66] 논문 Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots https://repository.u[...] 2013
_[67] 논문 Neodymium cations Nd3+ were transported to the interior ofEuglena gracilis 277 2000-04-01
_[68] 논문 Condensation reaction in the bandpass reaction cell improves sensitivity for uranium, thorium, neodymium and praseodymium measurements 2003-09-01
_[69] 웹사이트 Neodymium (Nd) - Chemical properties, Health and Environmental effects https://www.lenntech[...]
_[70] 논문 In vitro cytotoxicity testing of neodymium-iron-boron magnets 1995-03
_[71] 웹사이트 How to remove a finger with two super magnets http://scienceblogs.[...] Seed Media Group LLC 2009-03-06
_[72] 뉴스 After Two-Year Fight, Consumer Agency Orders Recall of Buckyballs https://www.nytimes.[...] 2014-07-17
_[73] 논문 Neodymium Magnets: Too Attractive? https://www.medscape[...] 2014
_[74] 서적 Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths North Holland
_[75] 웹사이트 NEODYMIUM https://www.guideche[...] 2023-06-30
_[76] 서적 岩波科学百科 岩波書店
_[77] 간행물 Sr-Nd 横尾頼子、同位体を用いた地圏環境研究 http://www.ied.tsuku[...] 筑波大学アイソトープ環境動態
_[78] 서적 元素111の新知識 講談社 1998
_[79] 서적 コットン・ウィルキンソン無機化学 培風館