Čarobni element rijetke zemlje: "Kralj trajnog magneta" - neodim

bastnasit

Neodim, atomski broj 60, atomska težina 144,24, sa sadržajem od 0,00239% u kori, uglavnom postoji u monazitu i bastnezitu. U prirodi postoji sedam izotopa neodimija: neodimij 142, 143, 144, 145, 146, 148 i 150, među kojima neodimij 142 ima najveći udio. S rođenjem prazeodija, nastao je neodim. Dolazak neodimija aktivirao je polje rijetkih zemalja i odigrao važnu ulogu u njemu. I utječe na tržište rijetkih zemalja.

Otkriće neodimija

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), pronalazač neodija

Godine 1885. austrijski kemičar Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach otkrio je neodim u Beču. Odvojio je neodimij i prazeodimij od simetričnih neodimijskih materijala odvajanjem i kristalizacijom amonijevog nitrata tetrahidrata iz dušične kiseline, te istovremeno odijelio spektralnom analizom, ali je u relativno čistom obliku izdvojen tek 1925. godine.

Od 1950-ih, neodimij visoke čistoće (preko 99%) uglavnom se dobivao postupkom ionske izmjene monacita. Sam metal dobiva se elektrolizom njegove soli halida. Trenutačno se većina neodimija ekstrahira iz (Ce,La,Nd,Pr)CO3F u basta natanitu i pročišćava ekstrakcijom otapalom. Pročišćavanje ionskom izmjenom rezervira tu najveću čistoću (obično > 99,99%) za pripremu. Budući da je teško ukloniti posljednji trag praseodimija u doba kada proizvodnja ovisi o tehnologiji kristalizacije koraka, rano neodimijsko staklo proizvedeno 1930-ih ima čistiju ljubičastu boju i više crvene ili narančaste boje od moderne verzije.

Neodimijski metal

Metalni neodim ima jarko srebrni metalni sjaj, talište je 1024°C, gustoća je 7,004 g/cm i ima paramagnetizam. Neodimij je jedan od najaktivnijih metala rijetkih zemalja, koji brzo oksidira i tamni na zraku, zatim stvara oksidni sloj i zatim se ljušti, izlažući metal daljnjoj oksidaciji. Dakle, uzorak neodimija veličine jednog centimetra potpuno oksidira unutar jedne godine. U hladnoj vodi sporo, a u vrućoj brzo.

Neodimijska elektronička konfiguracija

Elektronička konfiguracija:

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

Laserska izvedba neodimija uzrokovana je prijelazom 4f orbitalnih elektrona između različitih energetskih razina. Ovaj laserski materijal naširoko se koristi u komunikaciji, pohranjivanju informacija, medicinskom liječenju, strojnoj obradi itd. Među njima, itrij aluminijski granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) naširoko se koristi s izvrsnim performansama, a Nd-dopirani gadolinij skandij galijev granat s višim učinkovitost.

Primjena neodimija

Najveći korisnik neodimija je trajni magnet NdFeB. NdFeB magnet nazivaju "kraljem stalnih magneta" zbog svoje visoke magnetske energije. Široko se koristi u elektronici, strojevima i drugim industrijama zbog svojih izvrsnih performansi. Francis Wall, profesor primijenjenog rudarstva na Cumberland School of Mining, Sveučilište Exeter, UK, rekao je: "Što se tiče magneta, zapravo ne postoji ništa što bi se moglo natjecati s neodimijem. Uspješan razvoj Alpha Magnetic Spectrometer ukazuje na to da magnetska svojstva NdFeB magneta u Kini ušli su na razinu svjetske klase.

Neodimijski magnet na tvrdom disku

Neodimij se može koristiti za izradu keramike, svijetloljubičastog stakla, umjetnog rubina u laseru i posebnog stakla koje može filtrirati infracrvene zrake. Koristi se zajedno s prazeodimijem za izradu naočala za puhače stakla.

Dodavanje 1,5%~2,5% nano neodimijeva oksida u leguru magnezija ili aluminija može poboljšati performanse na visokim temperaturama, nepropusnost za zrak i otpornost na koroziju te legure, a naširoko se koristi kao zrakoplovni materijal za zrakoplovstvo.

Nano-itrijev aluminijski granat dopiran nano-neodimijevim oksidom proizvodi kratkovalnu lasersku zraku, koja se široko koristi za zavarivanje i rezanje tankih materijala debljine ispod 10 mm u industriji.

Nd:YAG laserska šipka

U liječenju se za uklanjanje kirurških rana ili dezinfekciju rana umjesto kirurških noževa koristi nano itrij aluminij granatni laser dopiran nano neodim oksidom.

Neodimijsko staklo nastaje dodavanjem neodimijeva oksida u talinu stakla. Lavanda se obično pojavljuje u neodimijumskom staklu pod sunčevom svjetlošću ili žaruljom sa žarnom niti, ali svijetloplava se pojavljuje pod osvjetljenjem fluorescentne lampe. Neodimij se može koristiti za bojanje nježnih nijansi stakla kao što su čista ljubičasta, vinsko crvena i topla siva.

neodimijsko staklo

S razvojem znanosti i tehnologije te širenjem i proširenjem znanosti i tehnologije rijetkih zemalja, neodimij će imati širi prostor upotrebe