Magični rijetki zemni element: "Kralj permanentnih magneta" - neodimijum

bastnazit

Neodimijum, atomski broj 60, atomska težina 144,24, sa sadržajem od 0,00239% u kori, uglavnom se nalazi u monazitu i bastnezitu. U prirodi postoji sedam izotopa neodimijuma: neodimijum 142, 143, 144, 145, 146, 148 i 150, među kojima neodimijum 142 ima najveći sadržaj. Pojavom prazeodimijuma nastao je i neodimijum. Pojava neodimijuma aktivirala je područje rijetkih zemalja i odigrala važnu ulogu u njemu. Takođe je uticala na tržište rijetkih zemalja.

Otkriće neodimija

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), otkrivač neodimija

Godine 1885. austrijski hemičar Carl Orvon Welsbach (Carl Auer von Welsbach) otkrio je neodimijum u Beču. Odvojio je neodimijum i prazeodimijum od simetričnih neodimijumskih materijala odvajanjem i kristalizacijom amonijum nitrata tetrahidrata iz azotne kiseline, a istovremeno ih je odvojio spektralnom analizom, ali nije odvojen u relativno čistom obliku sve do 1925. godine.

Od 1950-ih, neodimijum visoke čistoće (preko 99%) uglavnom se dobijao procesom jonske izmjene monazita. Sam metal se dobija elektrolizom njegove halogenidne soli. Trenutno se većina neodimijuma ekstrahuje iz (Ce,La,Nd,Pr)CO3F u basta natanitu i pročišćava ekstrakcijom rastvaračem. Pročišćavanje jonskom izmjenom zadržava tu najvišu čistoću (obično > 99,99%) za pripremu. Budući da je teško ukloniti posljednji trag prazeodimijuma u eri kada proizvodnja zavisi od tehnologije stepenaste kristalizacije, rano neodimijumsko staklo proizvedeno 1930-ih ima čistiju ljubičastu boju i crveniji ili narandžasti ton boje od moderne verzije.

Neodimijum metal

Metalni neodimijum ima jarki srebrni metalni sjaj, tačku topljenja od 1024°C, gustinu od 7,004 g/cm3 i paramagnetizam. Neodimijum je jedan od najaktivnijih rijetkih zemnih metala, koji brzo oksidira i potamni na zraku, zatim formira oksidni sloj, a zatim se ljušti, izlažući metal daljnjoj oksidaciji. Stoga se uzorak neodimijuma veličine jednog centimetra potpuno oksidira u roku od godinu dana. Sporo reaguje u hladnoj vodi, a brzo u vrućoj vodi.

Neodimijska elektronska konfiguracija

Elektronska konfiguracija:

1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f4

Laserske performanse neodimija uzrokovane su prelaskom 4f orbitalnih elektrona između različitih energetskih nivoa. Ovaj laserski materijal se široko koristi u komunikaciji, pohranjivanju informacija, medicinskom tretmanu, obradi itd. Među njima, itrijum aluminijum granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) se široko koristi s odličnim performansama, a Nd-dopirani gadolinij skandij galijum granat s većom efikasnošću.

Primjena neodimija

Najveći korisnik neodimija je NdFeB materijal za permanentne magnete. NdFeB magnet se naziva "kraljem permanentnih magneta" zbog svog visokog magnetskog energetskog proizvoda. Široko se koristi u elektronici, mašinstvu i drugim industrijama zbog svojih odličnih performansi. Francis Wall, profesor primijenjenog rudarstva na Cumberland School of Mining, Univerziteta u Exeteru, UK, rekao je: "Što se tiče magneta, zaista ne postoji ništa što može da se takmiči sa neodimijom. Uspješan razvoj Alfa magnetskog spektrometra ukazuje na to da su magnetska svojstva NdFeB magneta u Kini dostigla nivo svjetske klase."

Neodimijski magnet na tvrdom disku

Neodimijum se može koristiti za izradu keramike, jarko ljubičastog stakla, vještačkog rubina u laseru i specijalnog stakla koje može filtrirati infracrvene zrake. Koristi se zajedno sa prazeodimijumom za izradu naočala za staklopuhače.

Dodavanje 1,5% ~ 2,5% nano neodimijum oksida u leguru magnezijuma ili aluminijuma može poboljšati performanse na visokim temperaturama, nepropusnost za vazduh i otpornost legure na koroziju, te se široko koristi kao vazduhoplovni materijal za avijaciju.

Nano-itrij aluminijski granat dopiran nano-neodimijum oksidom proizvodi kratkovalni laserski snop, koji se široko koristi za zavarivanje i rezanje tankih materijala debljine ispod 10 mm u industriji.

Nd:YAG laserska šipka

U medicinskom tretmanu, nano itrijum aluminijum granatni laser dopiran nano neodimijum oksidom se koristi za uklanjanje hirurških rana ili dezinfekciju rana umjesto hirurških noževa.

Neodimijumsko staklo se pravi dodavanjem neodimijumskog oksida u talinu stakla. Lavandna boja se obično pojavljuje u neodimijumskom staklu pod sunčevom svjetlošću ili žaruljom, ali svijetloplava se pojavljuje pod osvjetljenjem fluorescentnom lampom. Neodimijum se može koristiti za bojenje delikatnih nijansi stakla kao što su čisto ljubičasta, vinsko crvena i toplo siva.

neodimijumsko staklo

Razvojem nauke i tehnologije i širenjem i proširenjem nauke i tehnologije rijetkih zemalja, neodimijum će imati širi prostor za upotrebu.