Neodimijum je hemijski element sa simbolom Nd i atomskim brojem 60. To je mekani, srebrnasti metal koji tamni na vazduhu. Otkrio ga je 1885. godine austrijski hemičar Carl Auer von Welsbach. Supstanca je prisutna u značajnim količinama u naslagama monazitnog peska iu mineralnom bastnäsiteu.
Historija
Rijetki zemni metal neodimijum otkrio je austrijski hemičar baron Karl Auer von Welsbach u Beču 1885. godine. Naučnik je izolovao novu supstancu (kao i element prazeodimijum) iz materijala poznatog kao didimijum frakcionom kristalizacijom dvostrukog amonijum nitrata tetrahidrata iz azotne kiseline, nakon odvajanja spektroskopskom analizom. Međutim, sve do 1925. nije bilo moguće dobiti element u njegovom najčistijem obliku.
Do kasnih 1940-ih, glavna komercijalna metoda za proizvodnju metala bila je dvostruka kristalizacija nitrata. Metoda je neefikasna, a količina dobivene supstance je mala. Lindsay Chemical Division je bio prvi koji je pokrenuo veliku proizvodnju neodimijumametoda pročišćavanja ionskom izmjenom. Od 1950-ih, visoko pročišćeni (iznad 99%) element se uglavnom proizvodi postupkom jonske izmjene iz monazita bogatog rijetkim zemljama elektrolizom njegovih halogenih soli.
Trenutno se većina metalnog neodimijuma ekstrahuje iz bastnäsite. Napredak u tehnologiji i razvoj poboljšanih metoda čišćenja učinili su da se široko koristi u industriji.
Opis
Hemijski element se ne javlja prirodno u metalnom obliku, on je odvojen od supstance didimijum, u kojoj je pomešan sa drugim lantanidima (posebno sa prazeodimijumom). Iako je neodim klasifikovan kao rijetki zemni metal, on je prilično čest element, koji se pojavljuje barem jednako često kao kob alt, nikl ili bakar, i široko je rasprostranjen u zemljinoj kori. Većina supstance dolazi iz Kine.
Jedinjenja neodimijuma prvi put su komercijalno korišćena kao boje za staklo 1927. godine i ostaju popularan aditiv u naočalnim sočivima. Boja neodimijumskih jedinjenja zbog prisustva jona Nd3+ često ima crvenkasto-ljubičastu nijansu, ali to varira u zavisnosti od vrste osvetljenja.
Prijava
Ndodimijum leće se koriste u laserima koji emituju infracrveno zračenje sa talasnim dužinama između 1047 i 1062 nanometra. Koriste se u sistemima izuzetno velike snage, na primjer, u eksperimentima na inercijizadržavanje.
Nd:metal se takođe koristi sa drugim kristalima (kao što je itrijum-aluminijumski granat) u Nd:YAG laserima. Ova postavka obično emituje infracrvene zrake sa talasnom dužinom od oko 1064 nm. To je jedan od najčešće korišćenih lasera na čvrstom stanju.
Još jedna važna upotreba neodimijum metala je kao ojačavajuća komponenta u legurama koje se koriste za pravljenje moćnih trajnih magneta visoke čvrstoće. Široko se koriste u proizvodima kao što su mikrofoni, profesionalni zvučnici, slušalice u ušima, DC motori visokih performansi, hard diskovi računara, gdje je potrebna niska magnetna masa (volumen) ili jaka magnetna polja.
Veliki neodimijumski magneti se koriste u električnim motorima velike snage i težine (npr. hibridni automobili) i generatorima (npr. električni generatori za avione i vjetroelektrane). Također, element se koristi za stvrdnjavanje nekih legura. Na primjer, titanijum postaje jedan i po puta jači nakon dodavanja samo 1,5% ove supstance.
Fizička svojstva
Metalni neodimijum je prisutan u klasičnom mišmetalu (legura rijetkih zemnih elemenata), gdje je njegova koncentracija obično reda veličine 18%. U svom čistom obliku, element ima svijetli srebrno-zlatni metalni sjaj, ali brzo oksidira u običnom zraku. Oksidni sloj se formira i ljušti, izlažući metal daljoj oksidaciji. dakle,centimetarski uzorak supstance se potpuno oksidira u roku od godinu dana.
Neodim obično postoji u dva alotropska oblika, sa transformacijom od centra do centra iz dvostruke heksagonalne kubične strukture. Počinje da se topi na 1024°C i ključa na 3074°C. Gustina materije u čvrstoj fazi je 7,01 g/cm3, u tečnom stanju je 6,89 g/cm3.
Atomska svojstva:
- Oksidacijsko stanje: +4, +3, +2 (bazni oksid).
- Elektronegativnost: 1, 14 (skala glasanja).
- Toplotna provodljivost: 16,5 W/(m K).
- Energija ionizacije: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radijus atoma: 181 pikometar.
Hemijska svojstva
Metal neodimijum polako tamni na vazduhu i lako gori na oko 150°C formirajući neodimijum(III) oksid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Ovo je elektropozitivni element. Polako reaguje sa hladnom vodom, ali prilično brzo sa toplom, formirajući neodimijum (III) hidroksid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metal snažno reaguje sa svim halogenima, lako se otapa u razblaženoj sumpornoj kiselini da formira rastvore koji sadrže ljubičasti Nd(III) jon.
Proizvodnja
Neodimijum se nikada ne pojavljuje kao slobodan element u prirodi. Iskopava se iz ruda kao nprbastnäsite i monazit, u kojima je povezan s drugim lantanidima i drugim elementima. Glavna područja rudarenja ovih minerala nalaze se u Kini, SAD-u, Brazilu, Indiji, Šri Lanki i Australiji. Mala ležišta su takođe istražena u Rusiji.
Rezerve neodimijuma procjenjuju se na oko 8 miliona tona. Njegova koncentracija u Zemljinoj kori iznosi oko 38 mg/kg, što je drugo po veličini među elementima retkih zemalja nakon cerija. Svjetska proizvodnja metala iznosi oko 7000 tona. Najveći dio proizvodnje pripada Kini. Vlada NRK-a je nedavno prepoznala ovaj element kao strateški važan i nametnula ograničenja na njegov izvoz, što je izazvalo određenu zabrinutost u zemljama potrošačima i izazvalo naglo povećanje cijene neodimijuma na 500 dolara. Danas prosječna cijena po kilogramu čistog metala varira između 300-350 dolara, neodimijum oksidi su jeftiniji: 70-130 dolara.
Postoje slučajevi kada je vrijednost metala pala na 40 dolara zbog ilegalne trgovine, zaobilazeći ograničenja kineske vlade. Nesigurnost cijena i dostupnosti navela je japanske kompanije da razviju trajne magnete i povezane električne motore sa manje ili bez elemenata rijetkih zemalja.
