Magiczny pierwiastek ziem rzadkich: „Król magnesu stałego” – neodym

bastnazyt

Neodym o liczbie atomowej 60 i masie atomowej 144,24, o zawartości w skorupie 0,00239%, występuje głównie w monacycie i bastnezycie. W przyrodzie występuje siedem izotopów neodymu: neodym 142, 143, 144, 145, 146, 148 i 150, wśród których największą zawartość ma neodym 142. Wraz z narodzinami prazeodymu powstał neodym. Pojawienie się 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 w Wiedniu neodym. Oddzielił neodym i prazeodym od symetrycznych materiałów neodymowych poprzez oddzielenie i krystalizację tetrahydratu azotanu amonu z kwasu azotowego i jednocześnie oddzielenie za pomocą analizy spektralnej, ale w stosunkowo czystej postaci wyodrębniono go dopiero w 1925 roku.

Od lat pięćdziesiątych XX wieku neodym o wysokiej czystości (ponad 99%) otrzymywano głównie w procesie wymiany jonowej monacytu. Sam metal otrzymuje się przez elektrolizę jego soli halogenkowej. Obecnie większość neodymu ekstrahuje się z (Ce, La, Nd, Pr) CO3F w basta Nathanite i oczyszcza poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikiem. Oczyszczanie jonowymienne zapewnia najwyższą czystość (zwykle > 99,99%) do przygotowania. Ponieważ w czasach, gdy produkcja opiera się na technologii krystalizacji stopniowej, trudno jest usunąć ostatnie ślady prazeodymu, wczesne szkło neodymowe produkowane w latach trzydziestych XX wieku ma czystszy fioletowy kolor i bardziej czerwony lub pomarańczowy odcień niż wersja nowoczesna.

Neodym, metal

Neodym metaliczny ma jasny srebrno-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, następnie tworzy warstwę tlenku, a następnie odkleja się, 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 neodymowa

Konfiguracja elektroniczna:

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

Wydajność lasera neodymu wynika z przejścia elektronów orbitalnych 4f pomiędzy różnymi poziomami energii. Ten materiał laserowy jest szeroko stosowany w komunikacji, przechowywaniu informacji, leczeniu, obróbce skrawaniem itp. Wśród nich szeroko stosowany jest granat itrowo-aluminiowy Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) z doskonałą wydajnością, a granat gadolinowo-skandowo-galowy domieszkowany Nd o wyższej efektywność.

Zastosowanie neodymu

Największym użytkownikiem neodymu jest materiał z magnesami trwałymi NdFeB. Magnes NdFeB nazywany jest „królem magnesów trwałych” ze względu na wysoką energię magnetyczną produktu. Jest szeroko stosowany w elektronice, maszynach i innych gałęziach przemysłu ze względu na doskonałą wydajność. Francis Wall, profesor górnictwa stosowanego w Cumberland School of Mining na Uniwersytecie w Exeter w Wielkiej Brytanii, powiedział: „Jeśli chodzi o magnesy, tak naprawdę nic nie może konkurować z neodymem. Pomyślny rozwój spektrometru magnetycznego Alpha wskazuje, że właściwości magnetyczne magnesów NdFeB w Chinach osiągnęło poziom światowy.

Magnes neodymowy na dysku twardym

Neodym można wykorzystać do produkcji ceramiki, jasnofioletowego szkła, sztucznego rubinu w laserze i specjalnego szkła, które może filtrować promienie podczerwone. Używany razem z prazeodymem do produkcji gogli do dmuchania szkła.

Dodanie 1,5% ~ 2,5% nano tlenku neodymu do stopu magnezu lub aluminium może poprawić właściwości stopu w wysokich temperaturach, szczelność i odporność na korozję. Jest on szeroko stosowany jako materiał lotniczy i kosmiczny.

Granat nanoitrowo-aluminiowy domieszkowany tlenkiem nanoneodymu wytwarza krótkofalową wiązkę laserową, która jest szeroko stosowana w przemyśle do spawania i cięcia cienkich materiałów o grubości poniżej 10 mm.

Pręt lasera Nd:YAG

W leczeniu medycznym zamiast noży chirurgicznych do usuwania ran chirurgicznych lub dezynfekcji ran stosuje się laser z granatem nanoitrowo-glinowym domieszkowany nanotlenkiem neodymu.

Szkło neodymowe wytwarza się przez dodanie tlenku neodymu do stopionego szkła. Lawenda zwykle pojawia się w szkle neodymowym w świetle słonecznym lub żarówce, ale jasnoniebieski pojawia się w oświetleniu lampą fluorescencyjną. Neodymem można barwić delikatne odcienie szkła, takie jak czysty fiolet, winna czerwień i ciepła szarość.

szkło neodymowe

Wraz z rozwojem nauki i technologii oraz ekspansją i rozszerzeniem nauki i technologii o pierwiastkach ziem rzadkich, neodym będzie miał szerszą przestrzeń użytkową