三氯化釹

三氯化釹，也稱氯化釹，是釹和氯兩種元素組成的化合物，化學式為NdCl3。無水三氯化釹是為淡紫色固體，置於空氣中會迅速吸水，變成紫色的水合物NdCl3·6H2O。三氯化釹是通過一種複雜的多級提取工藝從礦物獨居石和bastnäsite裡提煉出來的。這種氯化物有多種重要應用，比如生產金屬釹和金屬釹基激光和光導纖維的化學中間體，其他應用包括有機合成和分解廢水汙染物的催化劑、鋁及其合金的腐蝕防護劑、有機分子（DNA）熒光標記物。

**外觀**
陽光下（上圖）和熒光下（下圖）的NdCl3
NdCl3是一種淡紫色易潮解固體，吸收水蒸汽後變為紫色。生成的水合物像其他釹鹽一樣，在熒光下呈現不同的顏色，對於氯鹽，呈現淺黃色（見圖）。顏色的變化最可能的成因是Nd3+通過電荷轉移躍遷變成Nd2+，Nd3+的橙光吸收帶減弱，Nd2+的綠光吸收增強，產生了黃光。

**結構**

**固體**
無水NdCl3為Nd九配位三帽三稜柱配位構型，具有類似UCl3的六方晶系晶體結構。六方晶系結構常見於鑭系元素和錒系元素的鹵化物，如LaCl3、LaBr3、SmCl3、PrCl3、EuCl3、CeCl3、CeBr3、GdCl3、AmCl3和TbCl3，但是YbCl3和LuCl3例外。

**溶液**
三氯化釹在溶液中的結構與溶劑密切相關，在水溶液中，主要成分是Nd(H2O)83+，大部分稀土元素的氯化物和溴化物都有類似情況。甲醇溶液中的主要成分是NdCl2(CH3OH)6+，在鹽酸溶液中，成分是NdCl(H2O)72+。各種情況下，釹均為八面體配位。

**性質**
NdCl3為軟順磁性固體，奈爾溫度低至0.5 K，即溫度低於0.5 K時，NdCl3變為鐵磁性固體。NdCl3電導率為 240 S/m，熱容為~100 J/(mol·K)。 NdCl3易溶於水和乙醇，不易溶於氯仿和乙醚。 NdCl3和金屬Nd加熱到650 °C，發生氧化還原反應，生成NdCl2：
2 NdCl3 + Nd → 3 NdCl2 
將NdCl3與水或二氧化硅共熱可生成氯氧化釹NdOCl:
NdCl3 + H2O → NdOCl + 2 HCl
2 NdCl3 + SiO2 → 2 NdOCl + SiCl4
NdCl3與硫化氫在約1100 °C的高溫下反應，生成硫化釹Nd2S3:
2 NdCl3 + 3 H2S → 2 Nd2S3 + 6 HCl
NdCl3在高溫下與氨氣或磷化氫反應，分別生成氮化釹NdN和磷化釹NdP:
NdCl3 + NH3 → NdN + 3 HCl
NdCl3 + PH3 → NdP + 3 HCl
NdCl3與氫氟酸反應，生成氟化釹NdF3:
NdCl3 + 3 HF → NdF3 + 3 HCl

**製備**
獨居石
NdCl3可以從礦物獨居石和氟碳鈰礦製得。製備過程非常複雜，因為地殼中釹元素的丰度很低，約38mg/kg，並且釹元素很難從鑭系元素分離出來。由於礦物中釹元素比其他鑭系元素含量高，質量分數高達16%，在鑭系元素中居第三位，僅列鈰和鑭之後，因此製得釹的過程比其他鑭系元素來得容易。NdCl3工業製備過程簡介如下：
將礦石磨碎之後，用熱的濃硫酸處理，生成水溶性的稀土硫酸鹽。酸性濾液用氫氧化鈉部分中和至pH值為3-4。釷元素以氫氧化物的形式沉澱出來並去除，剩餘的溶液以草酸銨處理，將稀土轉化成不溶的草酸鹽。退火之後，草酸鹽變成氧化物。將氧化物溶於硝酸，這樣可除去一些主要成分鈰，因為鈰的氧化物（主要為二氧化鈰）不溶於硝酸。通過離子交換法，氧化釹從其他稀土元素的氧化物分離出來。此過程中，稀土離子與樹脂中的氫離子、銨離子和銅離子交換，吸附到樹脂上。然後用合適的絡合劑，如檸檬酸銨和次氮基三乙酸鹽，將稀土離子選擇性地洗出。  
以上過程正常情況下得到產物Nd2O3，這一氧化物難以轉化成技術上所需的金屬釹。因此，用鹽酸或氯化銨處理這一氧化物，生成較不穩定的NdCl3： 
Nd2O3 + 6 NH4Cl → 2 NdCl3 + 3 H2O + 6 NH3
產物NdCl3迅速吸水，變成可以穩定儲存的水合物NdCl3·6H2O，並且必要時可以變回NdCl3。簡單加熱NdCl3·6H2O不能得到NdCl3，因為會發生水解，生成Nd2O3。因此，需要特別的方法得到無水NdCl3，一個方法是在高真空環境下將NdCl3·6H2O與4-6當量的氯化銨緩慢升溫到400 °C，另一方法是，與過量氯化亞碸一起加熱數個小時。
NdCl3還可以由金屬釹與鹽酸或氯反應制備，但是金屬釹成本很高，因此這一方法不夠經濟，只能用於實驗室研究。製備完成之後，產物在高真空高溫下昇華提純。

**應用**

**製備金屬釹**
Nd:YAG激光器發出波長為532nm倍頻綠光
氯化釹是製備金屬釹的起始化合物。在真空或氬氣氣氛下，NdCl3與氯化銨或氟化銨和氫氟酸一起加熱，或與鹼金屬或鹼土金屬加熱到300-400°C，可得金屬釹
NdCl3 + 3 Li → Nd + 3 LiCl
另一個製備方法是在約700°C的溫度下，電解無水NdCl3與NaCl或KCl組成的熔融混合物。

**激光和光纖放大器**
NdCl3本身冷發光性能不強，但是它可以為Nd:YAG laser和摻釹光纖放大器等各種發光材料提供Nd3+離子。Nd-YAG激光器發射波長為1.064微米的紅外光，是最常見的固體激光器（即工作物質為固體的激光器）。這些發光材料中用NdCl3而不是金屬釹或其氧化物的原因是，加工光纖時化學氣相沉積工藝中NdCl3易於沉積，化學氣相沉積是光纖生長中廣泛使用的工藝。 
三氯化釹不僅用作傳統的石英光纖的摻雜劑，還用作塑料光纖（聚酰亞胺、聚乙烯等）的摻雜劑。NdCl3還用作紅外有機發光二極管的添加劑。除此之外，摻釹薄膜不僅能用作LED，還能做濾光片，改善LED的發射光譜。
利用NdCl3（和其他稀土鹽）在各種溶劑中的溶解性，可製造一種新型的稀土激光器，這種激光器的工作物質不是固體而是液體，液體中的Nd3+離子可由以下反應制備:
SnCl4 + 2 SeOCl2 → SnCl62− + 2 SeOCl+
SbCl5 + SeOCl2 → SbCl62− + SeOCl+
3 SeOCl+ + NdCl3 → Nd3+(solv) + 3 SeOCl2, 
其中，Nd3+其實是溶劑化離子，被幾個氧氯化硒包圍的球，即Nd(SeOCl2)m3+。這一方法制備的液體激光材料同樣發生波長為1.064微米的紅外光，具有高增益和單色性強等性質，性質更類似晶體釹激光器的特點，而非玻璃釹激光器的特點。這樣的液體激光器的量子效率是傳統Nd:YAG激光器的0.75倍。

**催化劑**
NdCl3與其他有機物如三乙基鋁或2-丙醇等結合可用作齊格勒-納塔催化劑，加快各種二烯烴的聚合反應，產物包括通用合成橡膠，如聚丁烯、順丁橡膠和聚異戊二烯。 
三氯化釹還用於二氧化鈦改性。二氧化鈦是最常見的無機光催化劑，可用於催化分解廢水汙染物如苯酚和各種染料。二氧化鈦的催化反應必須用紫外光觸發。而如果二氧化鈦修飾上NdCl3，在日光等可見光下也可以有催化功能。NdCl3改性的二氧化鈦可通過化學共沉澱-膠溶方法從TiCl4和NdCl3混合物的水溶液製備。這一工藝在商業上用在光催化自清潔塗料的1000升規模的反應器上。

**防腐蝕**
據文獻報道，鋁或鋁合金表面塗上三氯化釹，放置於NaCl溶液中兩個月，不見一點腐蝕痕跡。這種防腐塗層可以將鋁或鋁合金浸沒於NdCl3水溶液數週製得，或者在NdCl3水溶液中電鍍製得。與鉻等傳統阻蝕劑相比，NdCl3和其他稀土鹽對環境更友好，對人類和動物毒性更低。 
NdCl3在鋁合金表面生成了不溶的氫氧化釹，因此對鋁合金有保護作用。NdCl3作為一種氯化物，本身是一種腐蝕劑，有時用以做陶瓷材料腐蝕試驗。

**標記有機分子**
包括釹在內的鑭系元素有強的發光性能，廣泛用作熒光標記物。DNA等有機分子被NdCl3標記後，非常易於在熒光顯微鏡下示蹤。

**毒性**
三氯化釹對人和動物沒有明顯毒性，其毒性與食鹽相差不大。三氯化釹對動物的半數致死量LD50 (能殺死一半試驗樣品的劑量)為3.7 g每千克體重（小鼠口服），或0.15 g/kg（兔，靜脈注射）。連續24小時接觸500毫克，對皮膚有輕微刺激（兔眼刺激試驗）。LD50大於2 g/kg可認為無毒。

**參見**
 鑭系元素

**參考文獻 ==