Neodymium is synthesized in stars by the s-过程 (slow neutron capture) in asymptotic giant branch (AGB) stars and the r-process (rapid neutron capture) during supernovae and neutron star mergers. Neodymium shows a balanced contribution from these two processes, with about 40-50% from the s-process and 50-60% from the r-process, making it an excellent tracer for studying the relative contributions of these two nucleosynthesis mechanisms.
宇宙中钕的原子数丰度约为氢的8.3×10⁻¹¹倍，其丰度比铈低约15倍，但比镨高4-5倍。钕在镧系元素中相对较高的丰度可归因于其拥有多个稳定同位素（共七种）且核构型稳定。其中钕-142同位素的中子数为幻数（82），因此具有极高的稳定性。
中性钕（Nd I）和电离钕（Nd II）的光谱线可在恒星光谱中观测到，尤其在较冷的G、K和M型恒星中。钕被用作银河系化学增丰的重要示踪剂。贫金属星中的钕/铁比值有助于约束银河系的化学演化，以及不同类型超新星对重元素增丰的相对贡献。
原始陨石中钕的同位素比值与地球值相比存在异常，这证明了早期太阳系中核合成来源的多样性。从陨石中提取的一些前太阳颗粒在特定钕同位素上显示出极端富集，从而能够直接识别来自个别AGB星或超新星的物质。这些同位素异常是重建太阳系形成历史和理解原行星盘中混合过程的强大工具。
Neodymium takes its name from the Greek words neos (new) and 迪迪莫斯 (twin), meaning "new twin". This name was chosen by its discoverer to indicate that it was a new element separated from didymium, accompanying praseodymium, the "green twin". Neodymium is distinguished by the characteristic purple-pink color of its salts, contrasting with the green of praseodymium.
In 1885, the Austrian chemist 卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫 (1858-1929) achieved the remarkable feat of separating didymium into two distinct elements: praseodymium and neodymium. This separation was accomplished by repeated fractional crystallizations (several hundred iterations) of rare earth nitrates, demonstrating extraordinary patience and experimental skill. Welsbach observed that successive fractions produced salts of different colors, with praseodymium giving green crystals and neodymium giving pink crystals.
纯金属钕的分离曾是一项重大挑战，直到20世纪初才得以解决。早期通过熔盐电解法尝试制备的钕中常混有镨及其他镧系元素。直到20世纪40至50年代，受曼哈顿计划推动而发展的离子交换技术，才使高纯度稀土分离在经济上可行。现代溶剂萃取法已能生产纯度超过99.9%的钕。
钕在地壳中的平均含量约为38 ppm，是地球上第28丰富的元素，比钴、锂或铅更为丰富。它是仅次于铈的第二丰富的轻稀土元素。含钕的主要矿物包括氟碳铈矿（(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F），其中钕约占稀土含量的12-15%，以及独居石（(Ce,La,Pr,Nd,Th)PO₄），其中钕占15-20%。
全球氧化钕年产量约为2.5万至3万吨。中国以占全球产量约85%-90%的绝对优势主导市场，其次为美国（加州芒廷帕斯）、澳大利亚（韦尔德山）和缅甸。这种极端的地域集中性使钕成为全球最具战略关键性的材料之一，对能源转型和国防技术不可或缺。
钕金属主要通过钙在惰性气氛中高温还原氧化钕（Nd₂O₃）制得，或通过熔融氟化钕在熔盐浴中电解生产。全球钕金属年产量约为7000至9000吨。从废旧磁体（硬盘、电动机）中回收钕的比例仍然有限，约占总供应量的1-2%，尽管由于供应担忧和价格上涨，相关回收工作正在显著加强。
钕（符号Nd，原子序数60）是镧系元素中的第四种元素，属于元素周期表中f区稀土元素。其原子含有60个质子，通常有82个中子（对应最丰富的同位素\(\,^{142}\mathrm{Nd}\)），以及60个电子，电子排布为[Xe] 4f⁴ 6s²。
钕是一种具有银白色光泽并略带金色调的闪亮金属。它在空气中迅速氧化，形成一层逐渐剥落的氧化层，持续暴露出新鲜金属表面。钕在室温下以六方密排（HCP）结构结晶，在约863°C时转变为体心立方（BCC）结构。钕质地相对柔软且具有延展性，可用刀具切割，并具备中等可塑性，能够轧制成薄片。
Neodymium melts at 1021 °C (1294 K) and boils at 3074 °C (3347 K). Its density is 7.01 g/cm³, slightly higher than that of iron. Neodymium is a good conductor of electricity and heat, with electrical conductivity about 16 times lower than that of copper. Neodymium exhibits remarkable magnetic properties: it is paramagnetic at room temperature and becomes antiferromagnetic below 19 K, with a complex magnetic structure.
钕是一种高反应活性的金属，尤其是粉末状时。它在潮湿空气中迅速氧化，加热或呈细屑状时易自燃。钕与水剧烈反应，生成氢氧化钕和氢气。钕金属必须保存在矿物油或惰性气氛（氩气）中以防氧化。其反应活性是轻镧系元素的典型特征，与镨相当。
Melting point of neodymium: 1294 K (1021 °C).
Boiling point of neodymium: 3347 K (3074 °C).
Neodymium is paramagnetic at room temperature and becomes antiferromagnetic below 19 K.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变 / 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 钕-142 — \(\,^{142}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 82 | 141.907723 u | ≈ 27.152% | 稳定 | 最丰富的钕稳定同位素。中子幻数（82）。 |
| 钕-143 — \(\,^{143}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 83 | 142.909814 u | ≈ 12.174% | 稳定 | 稳定同位素，r过程的重要产物。 |
| 钕-144 — \(\,^{144}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 84 | 143.910087 u | ≈ 23.798% | ≈ 2.29×10¹⁵ 年 | 放射性（α），半衰期极长，几乎稳定。第二丰富的同位素。 |
| 钕-145 — \(\,^{145}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 85 | 144.912574 u | ≈ 8.293% | 稳定 | 钕的微量稳定同位素。 |
| 钕-146 — \(\,^{146}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 86 | 145.913117 u | ≈ 17.189% | 稳定的 | 稳定同位素，约占天然钕的17%。 |
| 钕-148 — \(\,^{148}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 88 | 147.916893 u | ≈ 5.756% | 稳定 | 次要稳定同位素，r-过程的产物。 |
| 钕-150 — \(\,^{150}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 90 | 149.920891 u | ≈ 5.638% | ≈ 6.7×10¹⁸ 年 | 放射性（双β⁻衰变），半衰期极长，几乎稳定。 |
| 钕-147 — \(\,^{147}\mathrm{Nd}\,\) | 60 | 87 | 146.916100 u | 合成 | ≈ 10.98 天 | 放射性（β⁻）。裂变产物，用作医学和工业研究的示踪剂。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
钕有60个电子，分布在六个电子壳层中。其电子构型为[Xe] 4f⁴ 6s²，这是镧系元素的典型特征，其中4f亚层逐渐被填满。该构型也可表示为：K(2) L(8) M(18) N(18) O(22) P(2)，或完整形式：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁴ 5s² 5p⁶ 6s²。
K 壳层 (n=1): contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L壳层 (n=2): contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is also complete, forming a noble gas configuration (neon).
M壳层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to electronic shielding.
N壳层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable and complete structure.
O壳层（n=5）: contains 22 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f⁴ 5d⁰. The four 4f electrons characterize the chemistry of neodymium.
P壳层 (n=6): contains 2 electrons in the 6s² subshell. These electrons are the outer valence electrons of neodymium.
Neodymium effectively has 6 价电子: four 4f⁴ electrons and two 6s² electrons. The almost exclusive oxidation state is +3, characteristic of all lanthanides, where neodymium loses its two 6s electrons and one 4f electron to form the Nd³⁺ ion with the configuration [Xe] 4f³. This Nd³⁺ ion is responsible for the characteristic purple-pink color of neodymium salts and solutions.
+3价态几乎出现在所有钕化合物中：氧化钕(III)（Nd₂O₃）、氯化钕(III)（NdCl₃）、硝酸钕(III)（Nd(NO₃)₃）以及所有络合盐。钕的化学性质本质上就是Nd³⁺离子的化学性质，其独特的光学和磁学特性源于4f³电子构型。
在极端条件下（固态卤化物、低温基质）已合成出+2和+4氧化态，但这些化合物极不稳定，无实际应用价值。与相邻的铈不同，钕无法形成稳定的+4态化合物。因此钕的化学性质本质上是单价的，以+3态为主导。
钕与氧的反应性极强，在空气中会迅速氧化，形成蓝灰色的氧化钕（Nd₂O₃）层，该氧化层会开裂剥落，持续暴露出新鲜金属表面继续氧化。一块钕金属样品在空气中完全氧化仅需数日。高温下，钕在空气中极易自燃，并发出明亮的白色火焰：4Nd + 3O₂ → 2Nd₂O₃。钕的碎屑或细粉形态具有自燃性，在室温下即可自发燃烧。
钕与冷水反应缓慢，但与热水反应迅速，生成紫粉色的氢氧化钕并释放氢气：2Nd + 6H₂O → 2Nd(OH)₃ + 3H₂↑。该反应随温度升高显著加速，在沸水中可能变得剧烈。氢氧化钕易从水溶液中沉淀为淡粉色凝胶状固体。
钕与所有卤素剧烈反应，生成有色三卤化物：2Nd + 3Cl₂ → 2NdCl₃（紫色），2Nd + 3Br₂ → 2NdBr₃（紫色），2Nd + 3I₂ → 2NdI₃（绿色）。钕易溶于酸（甚至稀酸），并释放氢气：2Nd + 6HCl → 2NdCl₃ + 3H₂↑，生成特征性的粉红色Nd³⁺溶液。
钕与硫反应生成硫化钕（Nd₂S₃），在高温下与氮反应生成氮化钕（NdN），与碳反应生成碳化钕（NdC₂），与氢反应生成氢化钕（NdH₂或NdH₃）。钕还能形成多种有机金属化合物和配位络合物，在有机合成中作为聚合催化剂被广泛应用。
钕(III)化合物呈现出的强烈紫粉色源于4f³电子构型内的f-f电子跃迁。这些跃迁在可见光谱中产生特征吸收带，尤其在黄色和绿色区域，优先透射红色和紫色光。掺钕玻璃展现出显著的光学特性：在白炽透射光下呈紫色，但在反射光下呈蓝色，这种现象称为二向色性。这一独特的光学性质被应用于钕激光器和防护眼镜中。
钕的主要应用是制造Nd₂Fe₁₄B（钕铁硼）型永磁体，约占全球消费量的75-85%。这种磁体于1982年由通用汽车公司和住友特殊金属公司独立发现。在所有商用永磁体中，钕铁硼磁体的最大磁能积（BHmax）最高，可达400-460 kJ/m³，约为传统铁氧体磁体的10倍，是钐钴磁体的两倍。
钕铁硼磁体的典型成分为：钕和镨合计约32-35%（通常钕25-30%、镨5-10%），镝或铽1-2%（用于提高热稳定性），硼含量低于1%，其余为铁。主磁性相Nd₂Fe₁₄B具有四方晶体结构，居里温度约为312°C。其矫顽力可达1000-2000 kA/m，即使在严苛条件下也能抵抗退磁。
钕铁硼磁体对于能源转型和现代技术至关重要。一辆电动汽车的电机中含有1-2公斤钕，一台3兆瓦的海上风力涡轮机在其直驱发电机中含有200-600公斤钕。硬盘驱动器使用微小的钕铁硼磁体以纳米级精度定位读取头。制导武器系统、军用无人机、鱼雷和潜艇严重依赖紧凑型钕铁硼磁体电机。这种战略重要性加上中国在生产中的主导地位，使钕成为世界上地缘政治最敏感的材料之一。
钕是固态激光器中最重要的掺杂离子，尤其在钇铝石榴石（YAG）基质中形成Nd:YAG激光器。Nd:YAG激光器于1964年发明，主要发射近红外1064纳米波长，具有卓越的效率和优异的光束质量。典型的钕掺杂浓度为1%原子比（约1.4×10²⁰个Nd³⁺离子/立方厘米），可在优化激光增益的同时最大限度减少谱线展宽等不利影响。
Nd:YAG激光器用于金属切割与焊接、工业打标、精密钻孔及表面处理。在医学领域，它们被应用于眼科手术（YAG囊膜切开术）、碎石术（肾结石粉碎）、糖尿病视网膜治疗、脱毛以及多种皮肤科手术。Nd:YAG激光器可通过倍频产生532纳米绿光，用于绿色激光笔、灯光秀及部分医疗应用。
除YAG外，钕还掺杂到其他晶体基质中，如YVO₄（钒酸钇）、YLF（氟化钇锂）以及各种磷酸盐或硅酸盐玻璃，用于制造光纤激光器和光放大器。掺钕玻璃用于激光测距仪、大气激光雷达系统以及惯性约束聚变应用，其中大型钕玻璃激光器可输送兆焦耳能量以压缩氘氚靶丸。
钕作为掺杂剂用于玻璃中，可制造出具有显著选择性吸收特性的光学滤光片。掺钕玻璃强烈吸收黄色波长（约580-600纳米），对应钠发射谱线，同时透射蓝光、红光和近红外光。这种选择性吸收能显著减少钠灯或富钠火焰引起的眩光。
镨钕混合玻璃（钕镨混合物）用于玻璃吹制工、冶金师以及处理富钠火焰的焊工所佩戴的防护眼镜。在珠宝和艺术玻璃制作中，掺钕玻璃能产生迷人的色彩效果：在白炽透射光下呈紫蓝色，而在荧光或日光下呈粉红色，形成壮观的双色性。这一特性也被应用于高端太阳镜和部分汽车玻璃中，以增强对比度并减轻眼睛疲劳。
钕及其化合物毒性较低，与其他轻镧系元素类似。直接接触可溶性钕化合物可能引起皮肤、眼睛和呼吸道刺激。吸入钕粉尘可能导致短暂性肺部刺激，但目前尚无证据表明钕与特定慢性肺部疾病相关。口服摄入的钕盐在胃肠道中吸收较差，主要通过粪便排出体外。
动物毒理学研究表明，吸收的钕主要蓄积在肝脏、脾脏和骨骼中。高剂量（超过100毫克/千克）下，钕可引起中度肝毒性并干扰钙代谢。然而，除特殊工业环境外，人类显著暴露的情况仍较为罕见。钕在食物链中未表现出明显的生物富集性，且代谢或排出速度相对较快。现有研究未证实其具有致癌性、致突变性或致畸性。
与钕相关的环境问题主要涉及稀土开采，这一过程会产生大量有毒和放射性废物。每提取一吨稀土氧化物通常会产生2000吨采矿废料、200立方米酸性污染水，并可能释放出独居石矿石中天然存在的钍和铀等放射性元素。中国的稀土矿场已造成严重的环境污染，重金属和放射性物质污染了土壤、地下水和河流。
职业性接触钕主要发生在稀土冶炼行业、磁铁制造和光学抛光领域。大多数司法管辖区未专门制定钕化合物的职业接触标准，但针对可溶性稀土化合物的一般性建议通常将可吸入粉尘的接触限值设定为5-10 mg/m³。稀土矿附近土壤中的钕浓度可达数百ppm，是自然背景值的10-20倍。
从废旧磁体中回收钕在技术上可行，但因拆解、分离和提纯成本高昂而面临经济挑战。钕铁硼磁体通常紧密集成于复杂组件（电机、硬盘）中，且可能被氧化或污染。目前回收率极低（1-2%），但多项创新工艺正在研发中：选择性化学溶解、直接熔炼再制造磁体、溶剂萃取氧化物及湿法冶金处理。大幅提升钕回收率对能源转型的长期可持续性至关重要，同时有助于减少对中国主导的初级供应的依赖。
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