Магични ретки земни елемент: „Краљ сталног магнета“ - неодимијум

бастназит

Неодимијум, атомски број 60, атомска тежина 144,24, са садржајем од 0,00239% у кори, углавном постоји у монацитима и бастнезиту. У природи постоји седам изотопа неодимијума: неодимијум 142, 143, 144, 145, 146, 148 и 150, међу којима неодимијум 142 има највећи садржај. Са појавом празеодимијума, настао је и неодимијум. Појава неодимијума активирала је област ретких земаља и одиграла важну улогу у њој. Такође је утицала на тржиште ретких земаља.

Откриће неодимијума

Карл Орвон Велсбах (1858-1929), проналазач неодимијума

Године 1885, аустријски хемичар Карл Орвон Велсбах Карл Ауер фон Велсбах открио је неодимијум у Бечу. Одвојио је неодимијум и празеодимијум од симетричних неодимијумских материјала одвајањем и кристализацијом амонијум нитрат тетрахидрата из азотне киселине, а истовремено га је одвојио спектралном анализом, али није одвојен у релативно чистом облику све до 1925. године.

Од 1950-их, неодимијум високе чистоће (преко 99%) се углавном добијао процесом јонске измене монацита. Сам метал се добија електролизом његове халидне соли. Тренутно се већина неодимијума екстрахује из (Ce,La,Nd,Pr)CO3F у баста натанију и пречишћава екстракцијом растварачем. Пречишћавање јонском изменом резервише ту највишу чистоћу (обично > 99,99%) за припрему. Пошто је тешко уклонити последњи траг празеодимијума у ​​ери када производња зависи од технологије степенасте кристализације, рано неодимијумско стакло произведено 1930-их има чистију љубичасту боју и црвенији или наранџастији тон боје од модерне верзије.

Неодимијум метал

Метални неодимијум има јарки сребрни метални сјај, тачку топљења од 1024°C, густину од 7,004 g/cm³ и парамагнетизам. Неодимијум је један од најактивнијих ретких земних метала, који брзо оксидира и потамни на ваздуху, затим формира оксидни слој, а затим се љушти, излажући метал даљој оксидацији. Стога, узорак неодимијума величине једног центиметра потпуно оксидује у року од годину дана. Споро реагује у хладној води, а брзо у врућој води.

Неодимијумска електронска конфигурација

Електронска конфигурација:

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

Ласерске перформансе неодимијума су узроковане преласком 4f орбиталних електрона између различитих енергетских нивоа. Овај ласерски материјал се широко користи у комуникацији, складиштењу информација, медицинском третману, обради итд. Међу њима, итријум алуминијум гранат Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) се широко користи са одличним перформансама, а Nd-допирани гадолинијум скандијум галијум гранат са већом ефикасношћу.

Примена неодимијума

Највећи корисник неодимијума је NdFeB стални магнетни материјал. NdFeB магнет се назива „краљем сталних магнета“ због свог високог магнетног енергетског производа. Широко се користи у електроници, машинама и другим индустријама због својих одличних перформанси. Франсис Вол, професор примењеног рударства на Рударској школи Камберленд, Универзитета у Ексетеру, Велика Британија, рекао је: „Што се тиче магнета, заиста нема ничега што може да се такмичи са неодимијумом. Успешан развој Алфа магнетног спектрометра указује да су магнетна својства NdFeB магнета у Кини достигла светски ниво.“

Неодимијумски магнет на чврстом диску

Неодимијум се може користити за израду керамике, јарко љубичастог стакла, вештачког рубина у ласерима и специјалног стакла које може да филтрира инфрацрвене зраке. Користи се заједно са празеодимијумом за израду наочара за стаклодуваче.

Додавање 1,5% ~ 2,5% нано неодимијум оксида у легуру магнезијума или алуминијума може побољшати перформансе на високим температурама, непропусност за ваздух и отпорност легуре на корозију, а широко се користи као ваздухопловни материјал за авијацију.

Нано-итријум алуминијум гранат допиран нано-неодимијум оксидом производи краткоталасни ласерски зрак, који се широко користи за заваривање и сечење танких материјала дебљине испод 10 мм у индустрији.

Nd:YAG ласерски штап

У медицинском третману, нано итријум алуминијум гранат ласер допиран нано неодимијум оксидом се користи за уклањање хируршких рана или дезинфекцију рана уместо хируршких ножева.

Неодимијумско стакло се прави додавањем неодимијум оксида у растоп стакла. Лаванда се обично појављује у неодимијумском стаклу под сунчевом светлошћу или инкандесцентном лампом, али светлоплава се појављује под осветљењем флуоресцентном лампом. Неодимијум се може користити за бојење деликатних нијанси стакла као што су чисто љубичаста, винско црвена и топло сива.

неодимијумско стакло

Са развојем науке и технологије и ширењем и проширењем науке и технологије ретких земаља, неодимијум ће имати шири простор за употребу.