ما هو عنصر النيوديميوم وطرق الاختبار الشائعة الاستخدام؟

هل تعلم؟ تم اكتشاف عنصر النيوديميوم في فيينا في عام 1885 من قبل كارل أوير. أثناء دراسة رباعي هيتريات دينيرات الأمونيوم ، فصل النيوديميوم وpraseodymiumمن مزيج من النيوديميوم و praseodymium من خلال التحليل الطيفي. من أجل الاحتفال باكتشافyttrium، الكيميائي الألماني ويلسباخ ، أوري اسمه Neodymium "النيوديميوم"، مشتقة من الكلمات اليونانية" Neos "تعني" New "و" Didymos "تعني" التوائم ".

بعد اكتشاف ORR العنصرالنيوديميوم، كان الكيميائيون الآخرون متشككين في هذا الاكتشاف. ومع ذلك ، في عام 1925 ، تم إنتاج أول عينة نقية من المعدن. في الخمسينيات من القرن الماضي ، فرقة Lindsay Chemical

أجرت تنقية تجارية من النيوديميوم من خلال طرق تبادل الأيونات.

لبعض الوقت بعد اكتشاف النيوديميوم ، لم يتم استخدامه على نطاق واسع. ومع ذلك ، مع تطور العلوم والتكنولوجيا ، بدأ استخدام عنصر النيوديميوم في العديد من المجالات بسبب خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة. في ثلاثينيات القرن العشرين ، تم استخدام النيوديميوم التجاري كصبغة زجاجية ، وتم استخدام زجاج النيوديميوم لإنشاء زجاج محمر أو برتقالي.

النيوديميوماجتذب الكثير من الاهتمام بسبب خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة. خاصة في السنوات الأخيرة ، تطبيقالنيوديميومفي العديد من الحقول استمرت في التوسع ، وأصبحت قيمتها بارزة بشكل متزايد. إذن ، ما هو الفريد من نوعه عن النيوديميوم؟ اليوم ، دعنا نكتشف سر النيوديميوم.

حقول التطبيق لعنصر النيوديميوم

1. المواد المغناطيسية: التطبيق الأكثر شيوعًا للنيوديميوم في تصنيع المغناطيس الدائم. على وجه الخصوص ، تعتبر مغناطيس البورون الحديد النيوديميوم (NDFEB) من بين الأقوى المعروفةالمغناطيس الدائم. تستخدم هذه المغناطيس على نطاق واسع لتحويل وتخزين الطاقة في أجهزة مثل المحركات والمولدات ومعدات التصوير بالرنين المغناطيسي ومحركات الأقراص الصلبة والمتحدثين والسيارات الكهربائية.

2. سبيكة NDFEB: بالإضافة إلى استخدامها في مواد المغناطيس الدائمة ، يتم استخدام النيوديميوم أيضًا لصنع سبيكة NDFEB ، وهي مادة هيكلية ذات قوة عالية وخفيفة الوزن تستخدم لصنع محركات الطائرات ،أجزاء السيارات وغيرها من المواد عالية الأداء. تطبيق القوة.

3. سبيكة الحديد النيوديميوم: يمكن أيضًا تدوير النيوديميوم بالحديد لصنع مواد مغناطيسية عالية الأداء ، كما هو الحال في تطبيقات المحركات والمولدات في السيارات الكهربائية.

4. معالجة المياه: يمكن استخدام مركبات النيوديميوم في معالجة المياه ، خاصة لإزالة الفوسفات في مياه الصرف الصحي المنقى. هذا له آثار مهمة على حماية البيئة وإدارة موارد المياه.

5. مسحوق NDFEB: يلعب Neodymium دورًا مهمًا في تصنيع مساحيق NDFEB ، والتي تستخدم في إنتاج المغناطيس الدائم. ​ ​

6. التطبيقات الطبية: على الرغم من أنها ليست منطقة التطبيق الأساسية ، إلا أن النيوديميوم يستخدم أيضًا في بعض المعدات الطبية ، مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

7. مركبات النيوديميوم: تستخدم مركبات النيوديميوم أيضًا في بعض السبائك ذات درجة الحرارة العالية ومحفزات.

الخصائص المغناطيسية والكيميائية الفريدة للنيوديميوم تجعلها تستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات ، وخاصة في علم الإلكترونيات والطاقة والمواد.

الخصائص الفيزيائية للنيوديميومالنيوديميومالرمز الكيميائي: ND ، الرقم الذري: 60. إنه عنصر أرضي نادر مع سلسلة من الخصائص الفيزيائية الفريدة. فيما يلي مقدمة مفصلة للخصائص الفيزيائية للنيوديميوم:

1. الكثافة: كثافة النيوديميوم حوالي 7.01 جم/سم مكعب. هذا يجعلها أخف وزنا من العديد من العناصر المعدنية الأخرى ، ولكن لا تزال كثيفة نسبيا.

2. نقاط الانصهار والغليان: تبلغ نقطة انصهار النيوديميوم حوالي 1024 درجة مئوية (1875 درجة فهرنهايت) ، في حين أن نقطة الغليان حوالي 3074 درجة مئوية (5565 درجة فهرنهايت). يشير هذا إلى أن النيوديميوم له نقاط ذوبان وغليان عالية نسبيًا ، مما يجعله مستقرًا في بيئات درجات الحرارة العالية.

3. التركيب البلوري: سيظهر النيوديميوم هياكل بلورية مختلفة في درجات حرارة مختلفة. في درجة حرارة الغرفة ، يحتوي على هيكل سداسي أقرب ، ولكنه يتغير إلى بنية مكعب محورها الجسم عندما يتم رفع درجة الحرارة إلى حوالي 863 درجة مئوية.

4. المغناطيسية:النيوديميومهو مغنطيسي في درجة حرارة الغرفة ، مما يعني أنه ينجذب إلى الحقول المغناطيسية الخارجية. ومع ذلك ، عندما يتم تبريدها إلى درجات حرارة منخفضة للغاية (حوالي -253.2 درجة مئوية أو -423.8 درجة فهرنهايت) ، يصبح مضادات المغناطيسية ، ويظهر الخواص المعاكسة للمغناطيسية العادية.

5. الموصلية الكهربائية: النيوديميوم هو موصل سيء نسبيا للكهرباء ، مع انخفاض الموصلية الكهربائية. هذا يعني أنه ليس موصلًا جيدًا للكهرباء وليس مناسبًا للتطبيقات مثل الأسلاك الإلكترونية.

6. الموصلية الحرارية: يتمتع النيوديميوم أيضًا بتوصيل حراري منخفض نسبيًا ، مما يجعله غير مناسب لتطبيقات الموصلية الحرارية.

7. اللون واللمعان: النيوديميوم هو معدن فضي أبيض مع بريق معدني مشرق.

8. النشاط الإشعاعي: جميع عناصر الأرض النادرة لها بعض النشاط الإشعاعي ، لكن النيوديميوم ضعيف للغاية ، وبالتالي فإن خطر الإشعاع على البشر منخفض للغاية.

الخصائص الفيزيائية للنيوديميوم تجعلها ذات قيمة في تطبيقات محددة ، وخاصة في تصنيع المواد المغناطيسية في الحالات والسبائك عالية الحرارة. خصائصها المغنطيسية ومضادة العنق المغناطيسية تجعلها ذات أهمية معينة في دراسة المواد المغناطيسية والمواد الكمومية.

الخواص الكيميائية للنيوديميوم

 النيوديميوم(الرمز الكيميائي: ND) هو عنصر أرض نادر مع سلسلة من الخواص الكيميائية الخاصة. فيما يلي مقدمة مفصلة للخصائص الكيميائية للنيوديميوم:

1. التفاعل: النيوديميوم هو نوع نشط نسبيا من العناصر الأرضية النادرة. في الهواء ، يتفاعل النيوديميوم بسرعة مع الأكسجين لتشكيل أكاسيد النيوديميوم. هذا يجعل النيوديميوم غير قادر على الحفاظ على سطحه مشرقًا في درجة حرارة الغرفة وسوف يتأكسد بسرعة.

2. قابلية الذوبان: يمكن إذابة النيوديميوم في بعض الأحماض ، مثل حمض النيتريك المركّز (HNO3) وحمض الهيدروكلوريك المركز (HCL) ، ولكن قابليته للذوبان في الماء منخفض.

3. المركبات: يمكن أن تشكل النيوديميوم مجموعة متنوعة من المركبات ، عادة مع الأكسجين والهالوجين والكبريت والعناصر الأخرى لتشكيل مركبات ، مثل الأكاسيد والكبريتيدات ، إلخ.

4. حالة الأكسدة: عادة ما يكون النيوديميوم في حالة أكسدة +3 ، وهي حالة أكسدة أكثر استقرارًا. ومع ذلك ، في ظل ظروف معينة ، يمكن أيضًا تشكيل حالة أكسدة +2.

5. تشكيل السبائك: يمكن أن يشكل النيوديميوم سبائك مع عناصر أخرى ، خاصة مع المعادن مثل الحديد والألومنيوم لتشكيل سبائك النيوديميوم. غالبًا ما يكون لهذه السبائك تطبيقات مهمة في المواد المغناطيسية والهيكلية.

!

7. خاصية المؤكسدة: نظرًا لطبيعتها النشطة نسبيًا ، يمكن أن يكون النيوديميوم بمثابة عامل مؤكسد في بعض التفاعلات الكيميائية ، مما يؤدي إلى فقدان المواد الأخرى الإلكترونات.

تجعل الخواص الكيميائية للنيوديميوم دورًا مهمًا في مجالات التطبيق المحددة ، وخاصة في المواد المغناطيسية والسبائك عالية الحرارة وأبحاث علوم المواد.

الخصائص البيولوجية للنيوديميوم

تطبيق النيوديميوم في المجال الطبي الحيوي محدود نسبيًا لأنه ليس عنصرًا مطلوبًا في الكائنات الحية ونشاطه الإشعاعي ضعيف ، مما يجعله غير مناسب لتصوير الطب النووي. ومع ذلك ، هناك بعض مجالات الأبحاث والتطبيق التي تنطوي على النيوديميوم. فيما يلي مقدمة مفصلة للخصائص الطبية الحيوية للنيوديميوم:

1. عامل تباين التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI): على الرغم من أنه ليس عامل تباين سريري شائع الاستخدام ، يمكن استخدام النيوديميوم إعداد عامل تباين التصوير بالرنين المغناطيسي. يمكن أن يعزز الجمع بين أيونات النيوديميوم في هياكل جزيئية محددة من تباين صور التصوير بالرنين المغناطيسي ، مما يجعل بعض الأنسجة أو الآفات أسهل في الملاحظة. لا يزال هذا التطبيق في مرحلة البحث ولكن لديه إمكانية للتصوير الطبي الحيوي.

2. الجسيمات النانوية النيوديميوم: طور الباحثون الجسيمات النانوية القائمة على النيوديميوم والتي يمكن استخدامها لتسليم الأدوية وعلاج السرطان. يمكن إدخال هذه الجسيمات النانوية في الجسم ثم إطلاق الأدوية داخل خلايا المتلقي أو إجراء علاجات مثل العلاج الحراري. يمكن أيضًا استخدام الخواص المغناطيسية لهذه الجسيمات لتوجيه ومراقبة مسار العلاج.

3. علاج الورم: على الرغم من أنه ليس العلاج المباشر ، إلا أن الأبحاث تُظهر أنه يمكن استخدام مغناطيس النيوديميوم بالاقتران مع العلاجات الأخرى ، مثل العلاج بالحرارة المغناطيسية. في هذه الطريقة ، يتم إدخال جزيئات مغناطيس النيوديميوم في الجسم ثم يتم تسخينها تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي لتدمير الخلايا السرطانية. هذا علاج تجريبي ولا يزال يدرس.

4. أدوات البحث: يمكن استخدام بعض مركبات العنصر النيوديميوم كأدوات تجريبية في الأبحاث الطبية الحيوية ، كما هو الحال في دراسة البيولوجيا الخلوية والجزيئية. تُستخدم هذه المركبات بشكل شائع لدراسة مناطق مثل توصيل الدواء ، والتحليل الحيوي ، والتصوير الجزيئي.

تجدر الإشارة إلى أن تطبيق النيوديميوم في المجال الطبي الحيوي جديد نسبيًا ولا يزال قيد التطوير والبحث المستمر. تقتصر تطبيقاتها على خصائصها الإشعاعية النادرة وتتطلب دراسة متأنية. عند استخدام النيوديميوم أو مركباته ، يجب اتباع الإرشادات السلامة والإرشادات الأخلاقية للتأكد من عدم وجود آثار سلبية على البشر والبيئة.

التوزيع الطبيعي للنيوديميوم

النيوديميوم عنصر أرضي نادر يتم توزيعه على نطاق واسع في الطبيعة. فيما يلي مقدمة مفصلة لتوزيع النيوديميوم في الطبيعة:

1. وهذا يجعل النيوديميوم وفيرة نسبيًا في قشرة الأرض ، حيث يحتل المرتبة الثانية بين العناصر الأرضية النادرة ، بعد السيريوم. يحدث النيوديميوم بوفرة أعلى بكثير من بعض المعادن الشائعة مثل التنغستن والرصاص والقصدير.

2. في المعادن الأرضية النادرة: لا يوجد عادة النيوديميوم في شكل عناصر حرة ، ولكن في شكل مركبات في المعادن الأرضية النادرة. يوجد النيوديميوم في بعض الخامات الأرضية النادرة مثل مونيازيت وباستنسيت. يمكن فصل النيوديميوم في هذه الخامات من خلال عمليات الصهر والاستخراج للتطبيقات التجارية.

3. في الرواسب المعدنية الثمينة: ​​يمكن في بعض الأحيان العثور على النيوديميوم في بعض رواسب المعادن الثمينة ، مثل رواسب الذهب والفضة والنحاس واليورانيوم. ومع ذلك ، فإنه عادة ما يكون موجودًا بكميات صغيرة نسبيًا.

4. مياه البحر: على الرغم من وجود النيوديميوم في مياه البحر ، إلا أن تركيزه منخفض للغاية ، عادةً في مستوى الميكروغرام/لتر. لذلك ، فإن استخراج النيوديميوم من مياه البحر ليس عمومًا طريقة قابلة للحياة اقتصاديًا.

تتمتع النيوديميوم بوفرة معينة في قشرة الأرض ، ولكنها موجودة بشكل أساسي في المعادن الأرضية النادرة. غالبًا ما يتطلب استخراج وعزل النيوديميوم عمليات صهر وتكرير معقدة لتلبية احتياجات التطبيقات التجارية والصناعية. تلعب العناصر الأرضية النادرة مثل النيوديميوم أدوارًا مهمة في التكنولوجيا والصناعة الحديثة ، لذا فإن البحث وإدارة إمداداتها وتوزيعها أمر بالغ الأهمية.

التعدين والاستخراج والصهر من النيوديميوم

تعدين وإنتاج النيوديميوم هو عملية معقدة تتضمن عادة الخطوات التالية:

1. تعدين رواسب الأرض النادرة: يوجد النيوديميوم بشكل رئيسي في خامات الأرض النادرة ، مثل المونيازيت والباستيست. تعدين خامات الأرض النادرة هي الخطوة الأولى في إنتاج النيوديميوم. وهذا ينطوي على التنقيب الجيولوجي والتعدين والحفر واستخراج الخام.

2. معالجة الخام: بمجرد استخراج خام التعدين ، يجب أن يمر عبر سلسلة من الخطوات المعالجة الفيزيائية والكيميائية لفصل واستخراج عناصر أرضية نادرة ، بما في ذلك النيوديميوم. يمكن أن تشمل خطوات العلاج هذه الانتقال ، الطحن ، التعويم ، رشيش الحمض والحل.

3. الفصل واستخراج النيوديميوم: بعد معالجة خام ، عادة ما يتطلب الملاط الذي يحتوي على عناصر أرضية نادرة مزيد من الفصل والاستخراج. يتضمن هذا عادة طرق الفصل الكيميائي مثل استخراج المذيبات أو تبادل الأيونات. هذه الطرق تسمح بفصل عناصر أرضية نادرة مختلفة تدريجياً.

4. تحسين النيوديميوم: بمجرد عزل النيوديميوم ، فإنه يخضع عادة لعملية تكريس أخرى لإزالة الشوائب وتحسين النقاء. يمكن أن يشمل ذلك طرقًا مثل استخراج المذيبات والخفض والتحليل الكهربائي.

5. تحضير السبائك: تتطلب بعض تطبيقات النيوديميوم سبيكة مع عناصر معدنية أخرى ، مثل الحديد والبورون والألومنيوم ، لإعداد سبائك النيوديميوم لصنع مواد مغناطيسية أو سبائك درجات الحرارة العالية.

6. التحضير في المنتجات: يمكن استخدام عناصر النيوديميوم لإعداد منتجات مختلفة ، مثل المغناطيس ، المغناطيس الدائم ، عوامل تباين الرنين المغناطيسي ، الجسيمات النانوية ، إلخ. يمكن استخدام هذه المنتجات في مجال الإلكترونيات والطبية والطاقة وعلوم المواد.

من المهم أن نلاحظ أن تعدين وإنتاج العناصر الأرضية النادرة هو عملية معقدة تتطلب في كثير من الأحيان معايير بيئية وسلامة صارمة. بالإضافة إلى ذلك ، تتأثر سلسلة التوريد من تعدين وإنتاج العناصر الأرضية النادرة أيضًا بالجغرافيا السياسية وتقلبات السوق ، وبالتالي فإن إنتاج وتزويد العناصر الأرضية النادرة قد اجتذب الانتباه الدولي.

طريقة الكشف عن عنصر النيوديميوم

1. قياس الطيف الامتصاص الذري (AAS): يعد قياس الطيف الامتصاص الذري طريقة تحليل كمية شائعة الاستخدام ، مناسبة لقياس محتوى العناصر المعدنية. عن طريق تحويل العينة المراد قياسها إلى ذرات أو أيونات مفردة ، وإشعاع العينة مع مصدر ضوء لطول موجة معين وقياس امتصاص الضوء ، يمكن تحديد محتوى العنصر المعدني في العينة. تتمتع AAS بمزايا الحساسية العالية والانتقائية الجيدة والتشغيل السهل.

2. طريقة المسح الطيفي: تحدد طريقة المسح الطيفي محتوى العناصر عن طريق قياس امتصاص أو انبعاث الضوء في أطوال موجية مختلفة من العينة. تشمل طرق المسح الطيفي الشائع استخدام التحليل الطيفي للامتصاص فوق البنفسجي (UV-VIs) ، التحليل الطيفي للفلور ، التحليل الطيفي للانبعاث الذري (AES). يمكن لهذه الطرق قياس محتوى النيوديميوم في العينات عن طريق تحديد الأطوال الموجية المناسبة والتحكم في معلمات الأدوات.

3. قياس الطيف المضوي للأشعة السينية (XRF): يعد قياس الطيف المضوي للأشعة السينية طريقة تحليلية غير مدمرة مناسبة لقياس المحتوى الأولي في المواد الصلبة والسوائل والغازات. تحدد هذه الطريقة محتوى العناصر عن طريق انبعاث إشعاع مضان مميز بعد العينة متحمس بالأشعة السينية ، وقياس موضع الذروة وشدة طيف التألق. XRF لديه مزايا القياس السريع والحساسي والمتزامن لعناصر متعددة.

4. قياس طيف الكتلة البلازما المقترن بشكل استقراء (ICP-MS): ICP-MS هي طريقة تحليلية حساسة للغاية مناسبة لقياس تتبع وتتبع العناصر. تحدد هذه الطريقة محتوى العناصر عن طريق تحويل العينة المراد قياسها إلى أيونات مشحونة ، وذلك باستخدام البلازما ذات درجة الحرارة العالية الناتجة عن البلازما المزدوجة الحاد لتأين العينة ، ثم باستخدام مطياف الكتلة لتحليل الكتلة. ICP-MS لديه حساسية عالية للغاية ، والانتقائية والقدرة على قياس عناصر متعددة في وقت واحد.

5. مطياف الانبعاثات البصرية للبلازما المقترنة (ICP-OES): يتمثل مبدأ العمل في ICP-OES في استخدام ذرات الحالة المتحمسة والأيونات في البلازما ذات درجة الحرارة العالية الناتجة عن البلازما المزدوجة المجهول (ICP) لنقل الخطوط الطيفية المحددة. . نظرًا لأن كل عنصر له خطوط طيفية مختلفة ، يمكن تحديد العناصر الموجودة في العينة عن طريق قياس هذه الخطوط الطيفية

يمكن اختيار طرق الكشف هذه حسب الحاجة ، اعتمادًا على نوع العينة ، حساسية الكشف المطلوبة والظروف التحليلية. في التطبيقات العملية ، يمكن اختيار الطريقة الأنسب لتحديد محتوى praseodymium استنادًا إلى البحث أو الاحتياجات الصناعية.

تطبيق محدد لطريقة الامتصاص الذري لقياس عنصر النيوديميوم

في قياس العناصر ، تتمتع طريقة الامتصاص الذري بدقة وحساسية عالية ، مما يوفر وسيلة فعالة لدراسة الخواص الكيميائية وتكوين المركب ومحتوى العناصر.

بعد ذلك ، استخدمنا الامتصاص الذري لقياس كمية النيوديميوم. الخطوات المحددة هي كما يلي:

إعداد العينة ليتم اختبارها. لإعداد العينة ليتم قياسها في محلول ، من الضروري عمومًا استخدام الحمض المختلط للهضم لتسهيل القياس اللاحق.

اختر مطياف الامتصاص الذري المناسب. حدد مطياف الامتصاص الذري المناسب بناءً على خصائص العينة المراد قياسها ونطاق محتوى النيوديميوم الذي يحتاج إلى قياس.

اضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري. وفقًا للعنصر المراد قياسه ونموذج الأداة ، قم بضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري ، بما في ذلك مصدر الضوء ، و Atomizer ، والكشف ، إلخ.

قياس امتصاص النيوديميوم. يتم وضع العينة المراد اختبارها في الذرة ، ويتم انبعاث إشعاع الضوء لطول موجة معين من خلال مصدر الضوء. سيقوم عنصر النيوديميوم المراد قياسه بامتصاص هذا الإشعاع الخفيف وينتج انتقال مستوى الطاقة. يتم قياس امتصاص النيوديميوم باستخدام كاشف. بناءً على الامتصاص والمنحنى القياسي ، تم حساب محتوى عنصر النيوديميوم.

من خلال المحتوى أعلاه ، يمكننا أن نفهم بوضوح أهمية وتفرد النيوديميوم. كواحد من العناصر الأرضية النادرة ، يتمتع النيوديميوم بخصائص مادية وكيميائية فريدة ، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في العلوم والتكنولوجيا الحديثة. من المواد المغناطيسية إلى الأدوات البصرية ، من الحفز إلى الفضاء ، يلعب النيوديميوم دورًا رئيسيًا. على الرغم من أنه لا يزال هناك الكثير من المجهولين حول فهمنا وتطبيقات النيوديميوم ، مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا ، لدينا سبب للاعتقاد بأننا سنكون قادرين على فهم النيوديميوم بشكل أعمق في المستقبل واستخدام خصائصه الفريدة لتحقيق فوائد لتطوير المجتمع البشري. تعال إلى المزيد من الفرص والبركات.