Maģiskais retzemju elements: “Pastāvīgo magnētu karalis” — neodīms

bastnasīts

Neodīms, atomskaitlis 60, atommasa 144,24, ar saturu 0,00239% garozā, galvenokārt sastopams monacītā un bastnezītā. Dabā ir septiņi neodīma izotopi: neodīms 142, 143, 144, 145, 146, 148 un 150, starp kuriem neodīmam 142 ir visaugstākais saturs. Līdz ar prazeodīma rašanos radās neodīms. Neodīma parādīšanās aktivizēja retzemju lauku un spēlēja tajā nozīmīgu lomu, kā arī ietekmēja retzemju tirgu.

Neodīma atklāšana

Karls Orvons Velsbahs (1858–1929), neodīma atklājējs

1885. gadā Vīnē Austrijas ķīmiķis Karls Orvons Velsbahs Karls Auers fon Velsbahs atklāja neodīmu. Viņš atdalīja neodīmu un prazeodīmu no simetriskiem neodīma materiāliem, atdalot un kristalizējot amonija nitrāta tetrahidrātu no slāpekļskābes, un vienlaikus atdalīja ar spektrālo analīzi, taču relatīvi tīrā veidā tas netika atdalīts līdz 1925. gadam.

Kopš 20. gs. piecdesmitajiem gadiem augstas tīrības pakāpes neodīms (virs 99 %) galvenokārt tika iegūts monacīta jonu apmaiņas procesā. Pašu metālu iegūst, elektrolizējot tā halogenīda sāli. Pašlaik lielāko daļu neodīma iegūst no (Ce,La,Nd,Pr)CO3F basta natanītā un attīra ar šķīdinātāja ekstrakciju. Jonu apmaiņas attīrīšana nodrošina augstāko tīrības pakāpi (parasti > 99,99 %) sagatavošanai. Tā kā laikmetā, kad ražošana balstījās uz pakāpeniskās kristalizācijas tehnoloģiju, bija grūti noņemt pēdējās prazeodīma pēdas, agrīnajam neodīma stiklam, kas ražots 20. gs. trīsdesmitajos gados, bija tīrāka violeta krāsa un sarkanāks vai oranžāks tonis nekā mūsdienu versijai.

Neodīma metāls

Metāliskajam neodīmam ir spilgti sudrabains metālisks spīdums, kušanas temperatūra 1024°C, blīvums 7,004 g/cm³ un paramagnētisms. Neodīms ir viens no aktīvākajiem retzemju metāliem, kas gaisā ātri oksidējas un kļūst tumšāks, pēc tam veido oksīda slāni un pēc tam atlobās, pakļaujot metālu tālākai oksidācijai. Tādēļ neodīma paraugs ar viena centimetra izmēru pilnībā oksidējas viena gada laikā. Tas lēni reaģē aukstā ūdenī un ātri karstā ūdenī.

Neodīma elektroniskā konfigurācija

Elektroniskā konfigurācija:

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

Neodīma lāzera veiktspēju nodrošina 4f orbitālo elektronu pāreja starp dažādiem enerģijas līmeņiem. Šo lāzermateriālu plaši izmanto komunikācijā, informācijas glabāšanā, medicīniskajā apstrādē, apstrādē utt. Starp tiem plaši tiek izmantots itrija alumīnija granāts Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) ar izcilu veiktspēju, bet ar Nd leģēts gadolīnija skandija gallija granāts ar augstāku efektivitāti.

Neodīma pielietojums

Lielākais neodīma lietotājs ir NdFeB pastāvīgā magnēta materiāls. NdFeB magnētu sauc par "pastāvīgo magnētu karali" tā augstās magnētiskās enerģijas produkta dēļ. To plaši izmanto elektronikā, mašīnbūvē un citās nozarēs, pateicoties tā izcilajai veiktspējai. Francis Wall, lietišķās kalnrūpniecības profesors Kamberlendas Kalnrūpniecības skolā, Ekseteras Universitātē, Apvienotajā Karalistē, sacīja: "Runājot par magnētiem, nekas nevar konkurēt ar neodīmu. Alfa magnētiskā spektrometra veiksmīgā izstrāde liecina, ka NdFeB magnētu magnētiskās īpašības Ķīnā ir sasniegušas pasaules līmeni."

Neodīma magnēts uz cietā diska

Neodīmu var izmantot keramikas, spilgti violeta stikla, mākslīgā rubīna lāzeros un īpaša stikla, kas var filtrēt infrasarkanos starus, ražošanā. To izmanto kopā ar prazeodīmu, lai izgatavotu aizsargbrilles stikla pūtējiem.

Pievienojot magnija vai alumīnija sakausējumam 1,5–2,5 % nanodaļiņas neodīma oksīda, var uzlabot sakausējuma augstās temperatūras veiktspēju, hermētiskumu un izturību pret koroziju, un to plaši izmanto kā kosmosa materiālu aviācijā.

Ar nano-itrija alumīnija granātu, kas leģēts ar nano-neodīma oksīdu, tiek radīts īsviļņu lāzera stars, ko rūpniecībā plaši izmanto plānu materiālu, kuru biezums ir mazāks par 10 mm, metināšanai un griešanai.

Nd:YAG lāzera stienis

Medicīniskajā ārstēšanā ķirurģisko brūču noņemšanai vai dezinfekcijai ķirurģisko nažu vietā izmanto nanoitrija alumīnija granāta lāzeru, kas leģēts ar nanoneodīma oksīdu.

Neodīma stiklu iegūst, pievienojot neodīma oksīdu stikla kausējumam. Lavanda parasti parādās neodīma stiklā saules gaismā vai kvēlspuldzes apgaismojumā, bet gaiši zila krāsa parādās dienasgaismas spuldžu apgaismojumā. Neodīmu var izmantot, lai krāsotu delikātus stikla toņus, piemēram, tīri violetu, vīna sarkanu un silti pelēku.

neodīma stikls

Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, kā arī retzemju zinātnes un tehnoloģiju paplašināšanai un paplašināšanai, neodīmam būs plašāka izmantošanas telpa.