Magiczny rzadki pierwiastek ziemski: „Król magnesów trwałych” – neodym

bastnazyt

Neodym, liczba atomowa 60, masa atomowa 144,24, o zawartości 0,00239% w skorupie, występuje głównie w monazycie i bastnaezycie. W naturze występuje siedem izotopów neodymu: neodym 142, 143, 144, 145, 146, 148 i 150, spośród których neodym 142 ma najwyższą zawartość. Wraz z narodzinami prazeodymu powstał neodym. Przybycie neodymu aktywowało pole pierwiastków ziem rzadkich i odegrało w nim ważną rolę. I wpływa na rynek pierwiastków ziem rzadkich.

Odkrycie neodymu

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), odkrywca neodymu

W 1885 roku austriacki chemik Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach odkrył neodym w Wiedniu. Oddzielił neodym i prazeodym z symetrycznych materiałów neodymowych poprzez oddzielenie i krystalizację tetrahydratu azotanu amonu z kwasu azotowego, a jednocześnie oddzielił go za pomocą analizy widmowej, ale nie został on oddzielony w stosunkowo czystej postaci aż do 1925 roku.

Od lat 50. neodym o wysokiej czystości (ponad 99%) uzyskiwano głównie w procesie wymiany jonowej monacytu. Sam metal uzyskiwano przez elektrolizę jego soli halogenkowej. Obecnie większość neodymu ekstrahowano z (Ce,La,Nd,Pr)CO3F w natanicie basta i oczyszczano przez ekstrakcję rozpuszczalnikiem. Oczyszczanie jonowymienne zapewnia najwyższą czystość (zwykle > 99,99%) do przygotowania. Ponieważ trudno jest usunąć ostatni ślad prazeodymu w erze, w której produkcja opiera się na technologii krystalizacji krokowej, wczesne szkło neodymowe produkowane w latach 30. ma czystszy fioletowy kolor i bardziej czerwony lub pomarańczowy odcień niż współczesna wersja.

Metal neodymowy

Neodym metaliczny ma jasny, srebrzysty metaliczny połysk, temperaturę topnienia 1024°C, gęstość 7,004 g/cm3 i paramagnetyzm. Neodym jest jednym z najbardziej aktywnych metali ziem rzadkich, który szybko utlenia się i ciemnieje w powietrzu, a następnie tworzy warstwę tlenku, która następnie się złuszcza, narażając metal na dalsze utlenianie. Dlatego próbka neodymu o wielkości jednego centymetra ulega całkowitemu utlenieniu w ciągu jednego roku. Reaguje powoli w zimnej wodzie i szybko w gorącej wodzie.

Konfiguracja elektroniczna neodymu

Konfiguracja elektroniczna:

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

Wydajność lasera neodymu jest spowodowana przejściem elektronów orbitalnych 4f między różnymi poziomami energii. Ten materiał laserowy jest szeroko stosowany w komunikacji, przechowywaniu informacji, leczeniu medycznym, obróbce mechanicznej itp. Spośród nich, granat itrowo-aluminiowy Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) jest szeroko stosowany z doskonałą wydajnością, a domieszkowany Nd granat gadolinowy skandowo-galowy ma wyższą wydajność.

Zastosowanie neodymu

Największym użytkownikiem neodymu jest materiał magnesu trwałego NdFeB. Magnes NdFeB nazywany jest „królem magnesów trwałych” ze względu na wysoką energię magnetyczną. Jest szeroko stosowany w elektronice, maszynach i innych gałęziach przemysłu ze względu na doskonałe osiągi. Francis Wall, profesor górnictwa stosowanego w Cumberland School of Mining, University of Exeter, Wielka Brytania, powiedział: „Jeśli chodzi o magnesy, nie ma niczego, co mogłoby konkurować z neodymem. Udany rozwój spektrometru Alpha Magnetic Spectrometer wskazuje, że właściwości magnetyczne magnesów NdFeB w Chinach osiągnęły poziom światowej klasy.

Magnes neodymowy na dysku twardym

Neodym może być używany do produkcji ceramiki, jasnofioletowego szkła, sztucznego rubinu w laserze i specjalnego szkła, które może filtrować promienie podczerwone. Używany razem z prazeodymem do produkcji gogli dla dmuchaczy szkła.

Dodanie 1,5%–2,5% nanotlenku neodymu do stopu magnezu lub aluminium może poprawić parametry stopu w wysokich temperaturach, szczelność i odporność na korozję. Stop ten jest szeroko stosowany jako materiał lotniczy.

Nanogranat glinowo-itrowy domieszkowany nanotlenkiem neodymu wytwarza krótkofalową wiązkę laserową, która jest szeroko stosowana w przemyśle do spawania i cięcia cienkich materiałów o grubości poniżej 10 mm.

Pręt laserowy Nd:YAG

W leczeniu medycznym do usuwania ran pooperacyjnych lub dezynfekcji ran zamiast noży chirurgicznych stosuje się laser nano-ytrowo-glinowy z domieszką nanotlenku neodymu.

Szkło neodymowe powstaje przez dodanie tlenku neodymu do stopionego szkła. Lawenda zwykle pojawia się w szkle neodymowym w świetle słonecznym lub żarowym, ale jasnoniebieski pojawia się pod oświetleniem świetlówką. Neodym może być używany do barwienia delikatnych odcieni szkła, takich jak czysty fiolet, wino czerwone i ciepła szarość.

szkło neodymowe

Wraz z rozwojem nauki i technologii oraz ekspansją i rozszerzeniem nauki i technologii dotyczącej pierwiastków ziem rzadkich, neodym będzie miał szerszą przestrzeń zastosowań