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span class=nowrapNdClsub3/sub/span
✍ dations ◷ 2025-06-28 10:07:33 #<span class="nowrap">NdCl<sub>3</sub></span>
三氯化钕,也称氯化钕,是钕和氯两种元素组成的化合物,化学式为NdCl3。无水三氯化钕是为淡紫色固体,置于空气中会迅速吸水,变成紫色的水合物NdCl3·6H2O。三氯化钕是通过一种复杂的多级提取工艺从矿物独居石和氟碳铈矿(英语:bastnäsite)里提炼出来的。这种氯化物有多种重要应用,比如生产金属钕和金属钕基激光和光导纤维的化学中间体,其他应用包括有机合成和分解废水污染物的催化剂、铝及其合金的腐蚀防护剂、有机分子(DNA)荧光标记物。NdCl3是一种淡紫色易潮解固体,吸收水蒸汽后变为紫色。生成的水合物像其他钕盐一样,在荧光下呈现不同的颜色,对于氯盐,呈现浅黄色(见图)。颜色的变化最可能的成因是Nd3+通过电荷转移跃迁变成Nd2+,Nd3+的橙光吸收带减弱,Nd2+的绿光吸收增强,产生了黄光。无水NdCl3为Nd九配位三帽三棱柱配位构型,具有类似UCl3的六方晶系晶体结构。六方晶系结构常见于镧系元素和锕系元素的卤化物,如LaCl3、LaBr3、SmCl3、PrCl3、EuCl3、CeCl3、CeBr3、GdCl3、AmCl3和TbCl3,但是YbCl3和LuCl3例外。三氯化钕在溶液中的结构与溶剂密切相关,在水溶液中,主要成分是3+,大部分稀土元素的氯化物和溴化物都有类似情况。甲醇溶液中的主要成分是+,在盐酸溶液中,成分是2+。各种情况下,钕均为八面体配位。NdCl3为软顺磁性固体,奈尔温度低至0.5 K,即温度低于0.5 K时,NdCl3变为铁磁性固体。NdCl3电导率为 240 S/m,热容为~100 J/(mol·K)。 NdCl3易溶于水和乙醇,不易溶于氯仿和乙醚。 NdCl3和金属Nd加热到650 °C,发生氧化还原反应,生成NdCl2:将NdCl3与水或二氧化硅共热可生成氯氧化钕NdOCl:NdCl3与硫化氢在约1100 °C的高温下反应,生成硫化钕Nd2S3:NdCl3在高温下与氨气或磷化氢反应,分别生成氮化钕NdN和磷化钕NdP:NdCl3与氢氟酸反应,生成氟化钕NdF3:NdCl3可以从矿物独居石和氟碳铈矿制得。制备过程非常复杂,因为地壳中钕元素的丰度很低,约38mg/kg,并且钕元素很难从镧系元素分离出来。由于矿物中钕元素比其他镧系元素含量高,质量分数高达16%,在镧系元素中居第三位,仅列铈和镧之后,因此制得钕的过程比其他镧系元素来得容易。NdCl3工业制备过程简介如下:将矿石磨碎之后,用热的浓硫酸处理,生成水溶性的稀土硫酸盐。酸性滤液用氢氧化钠部分中和至pH值为3-4。钍元素以氢氧化物的形式沉淀出来并去除,剩余的溶液以草酸铵处理,将稀土转化成不溶的草酸盐。退火之后,草酸盐变成氧化物。将氧化物溶于硝酸,这样可除去一些主要成分铈,因为铈的氧化物(主要为二氧化铈)不溶于硝酸。通过离子交换法,氧化钕从其他稀土元素的氧化物分离出来。此过程中,稀土离子与树脂中的氢离子、铵离子和铜离子交换,吸附到树脂上。然后用合适的络合剂,如柠檬酸铵和次氮基三乙酸盐,将稀土离子选择性地洗出。以上过程正常情况下得到产物Nd2O3,这一氧化物难以转化成技术上所需的金属钕。因此,用盐酸或氯化铵处理这一氧化物,生成较不稳定的NdCl3:产物NdCl3迅速吸水,变成可以稳定储存的水合物NdCl3·6H2O,并且必要时可以变回NdCl3。简单加热NdCl3·6H2O不能得到NdCl3,因为会发生水解,生成Nd2O3。因此,需要特别的方法得到无水NdCl3,一个方法是在高真空环境下将NdCl3·6H2O与4-6当量的氯化铵缓慢升温到400 °C,另一方法是,与过量氯化亚砜一起加热数个小时。NdCl3还可以由金属钕与盐酸或氯反应制备,但是金属钕成本很高,因此这一方法不够经济,只能用于实验室研究。制备完成之后,产物在高真空高温下升华提纯。氯化钕是制备金属钕的起始化合物。在真空或氩气气氛下,NdCl3与氯化铵或氟化铵和氢氟酸一起加热,或与碱金属或碱土金属加热到300-400°C,可得金属钕另一个制备方法是在约700°C的温度下,电解无水NdCl3与NaCl或KCl组成的熔融混合物。NdCl3本身冷发光性能不强,但是它可以为Nd:YAG激光(英语:Nd:YAG laser)和掺钕光纤放大器等各种发光材料提供Nd3+离子。Nd-YAG激光器发射波长为1.064微米的红外光,是最常见的固体激光器(即工作物质为固体的激光器)。这些发光材料中用NdCl3而不是金属钕或其氧化物的原因是,加工光纤时化学气相沉积工艺中NdCl3易于沉积,化学气相沉积是光纤生长中广泛使用的工艺。三氯化钕不仅用作传统的石英光纤的掺杂剂,还用作塑料光纤(聚酰亚胺、聚乙烯等)的掺杂剂。NdCl3还用作红外有机发光二极管的添加剂。除此之外,掺钕薄膜不仅能用作LED,还能做滤光片,改善LED的发射光谱。利用NdCl3(和其他稀土盐)在各种溶剂中的溶解性,可制造一种新型的稀土激光器,这种激光器的工作物质不是固体而是液体,液体中的Nd3+离子可由以下反应制备:其中,Nd3+其实是溶剂化离子,被几个氧氯化硒包围的球,即3+。这一方法制备的液体激光材料同样发生波长为1.064微米的红外光,具有高增益和单色性强等性质,性质更类似晶体钕激光器的特点,而非玻璃钕激光器的特点。这样的液体激光器的量子效率是传统Nd:YAG激光器的0.75倍。NdCl3与其他有机物如三乙基铝(英语:triethylaluminium)或2-丙醇等结合可用作齐格勒-纳塔催化剂,加快各种二烯烃的聚合反应,产物包括通用合成橡胶,如聚丁烯、顺丁橡胶和聚异戊二烯。三氯化钕还用于二氧化钛改性。二氧化钛是最常见的无机光催化剂,可用于催化分解废水污染物如苯酚和各种染料。二氧化钛的催化反应必须用紫外光触发。而如果二氧化钛修饰上NdCl3,在日光等可见光下也可以有催化功能。NdCl3改性的二氧化钛可通过化学共沉淀-胶溶方法从TiCl4和NdCl3混合物的水溶液制备。这一工艺在商业上用在光催化自清洁涂料的1000升规模的反应器上。据文献报道,铝或铝合金表面涂上三氯化钕,放置于NaCl溶液中两个月,不见一点腐蚀痕迹。这种防腐涂层可以将铝或铝合金浸没于NdCl3水溶液数周制得,或者在NdCl3水溶液中电镀制得。与铬等传统阻蚀剂相比,NdCl3和其他稀土盐对环境更友好,对人类和动物毒性更低。NdCl3在铝合金表面生成了不溶的的不溶的氢氧化钕,因此对铝合金有保护作用。NdCl3作为一种氯化物,本身是一种腐蚀剂,有时用以做陶瓷材料腐蚀试验。包括钕在内的镧系元素有强的发光性能,广泛用作荧光标记物。DNA等有机分子被NdCl3标记后,非常易于在荧光显微镜下示踪。三氯化钕对人和动物没有明显毒性,其毒性与食盐相差不大。三氯化钕对动物的半数致死量LD50 (能杀死一半试验样品的剂量)为3.7 g每千克体重(小鼠口服),或0.15 g/kg(兔,静脉注射)。连续24小时接触500毫克,对皮肤有轻微刺激(兔眼刺激试验)。LD50大于2 g/kg可认为无毒。Nd2O3 · Nd(OH)3 · Nd2S3 · Nd2(SO4)3 · NdF3 · NdCl3 · Nd(ClO4)3 · NdBr3 · NdI3 · Nd(NO3)3 · Nd2(CO3)3 · Nd(CH3COO)3 · Nd(CF3COO)3 · Nd · Nd
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