Čarobni rijetki zemni element: "Kralj permanentnih magneta" - neodimij

bastnazit

Neodimij, atomski broj 60, atomska težina 144,24, s udjelom od 0,00239% u kori, uglavnom se nalazi 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. Pojavom prazeodimija nastao je i neodimij. Pojava neodimija aktivirala je područje rijetkih zemalja i odigrala važnu ulogu u njemu. Također utječe na tržište rijetkih zemalja.

Otkriće neodimija

Karl Orvon Welsbach (1858.-1929.), otkrivač neodimija

Godine 1885. austrijski kemičar Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach otkrio je neodimij u Beču. Odvojio je neodimij i prazeodimij od simetričnih neodimskih materijala odvajanjem i kristalizacijom amonijevog nitrata tetrahidrata iz dušične kiseline, a istovremeno ih je odvojio spektralnom analizom, ali nije odvojen u relativno čistom obliku sve do 1925. godine.

Od 1950-ih, neodimij visoke čistoće (preko 99%) uglavnom se dobivao postupkom ionske izmjene monazita. Sam metal dobiva se elektrolizom njegove halogenidne soli. Trenutno se većina neodimija ekstrahira iz (Ce,La,Nd,Pr)CO3F u basta natanitu i pročišćava ekstrakcijom otapalom. Pročišćavanje ionskom izmjenom zadržava tu najvišu čistoću (obično > 99,99%) za pripremu. Budući da je teško ukloniti posljednji trag prazeodimija u eri kada proizvodnja ovisi o tehnologiji postupne kristalizacije, rano neodimijsko staklo proizvedeno 1930-ih ima čistiju ljubičastu boju i crveniji ili narančastiji ton boje od moderne verzije.

Neodimijski metal

Metalni neodimij ima jarki srebrni metalni sjaj, talište od 1024 °C, gustoću od 7,004 g/cm i paramagnetizam. Neodimij je jedan od najaktivnijih rijetkih zemnih metala koji brzo oksidira i potamni na zraku, zatim stvara oksidni sloj, a zatim se ljušti, izlažući metal daljnjoj oksidaciji. Stoga se uzorak neodimija veličine jednog centimetra potpuno oksidira unutar jedne godine. Sporo reagira u hladnoj vodi, a brzo u vrućoj.

Neodimijska elektronička konfiguracija

Elektronička konfiguracija:

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

Laserske performanse neodimija uzrokovane su prijelazom 4f orbitalnih elektrona između različitih energetskih razina. Ovaj laserski materijal široko se koristi u komunikaciji, pohranjivanju informacija, medicinskom liječenju, strojnoj obradi itd. Među njima se široko koristi itrij-aluminijev granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) s izvrsnim performansama, a Nd-dopirani gadolinij-skandij-galijev granat s većom učinkovitošću.

Primjena neodimija

Najveći korisnik neodimija je NdFeB materijal za permanentne magnete. NdFeB magnet naziva se "kraljem permanentnih magneta" zbog svog visokog magnetskog energetskog proizvoda. Široko se koristi u elektronici, strojevima i drugim industrijama zbog svojih izvrsnih performansi. Francis Wall, profesor primijenjenog rudarstva na Cumberland School of Mining, Sveučilišta Exeter, UK, rekao je: "Što se tiče magneta, zapravo ne postoji ništa što se može natjecati s neodimijom. Uspješan razvoj alfa magnetskog spektrometra ukazuje na to da su magnetska svojstva NdFeB magneta u Kini dosegla svjetsku razinu."

Neodimijski magnet na tvrdom disku

Neodimij se može koristiti za izradu keramike, jarko ljubičastog 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 neodimijevog oksida u magnezijevu ili aluminijevu leguru može poboljšati performanse na visokim temperaturama, nepropusnost zraka i otpornost legure na koroziju, te se široko koristi kao zrakoplovni materijal za zrakoplovstvo.

Nano-itrij aluminijev granat dopiran nano-neodimijskim 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 liječenju, nano itrijev aluminijev granatni laser dopiran nano neodimijskim oksidom koristi se za uklanjanje kirurških rana ili dezinfekciju rana umjesto kirurških noževa.

Neodimijsko staklo se proizvodi dodavanjem neodimijevog oksida u talinu stakla. Lavandna boja se obično pojavljuje u neodimijskom staklu pod sunčevom svjetlošću ili žaruljom sa žarnom niti, ali svijetloplava se pojavljuje pod osvjetljenjem fluorescentnom lampom. Neodimij se može koristiti za bojanje nježnih nijansi stakla poput čisto ljubičaste, vinsko crvene i toplo sive.

neodimsko staklo

Razvojem znanosti i tehnologije te širenjem i proširenjem znanosti i tehnologije rijetkih zemalja, neodimij će imati širi prostor za primjenu.