Neodim je kemični element s simbolom Nd in atomsko številko 60. Je mehka, srebrna kovina, ki na zraku rjavi. Leta 1885 ga je odkril avstrijski kemik Carl Auer von Welsbach. Snov je prisotna v znatnih količinah v nahajališčih monazitnega peska in v mineralu bastnäsite.
Zgodovina
Redko zemeljsko kovino neodim je odkril avstrijski kemik baron Karl Auer von Welsbach na Dunaju leta 1885. Znanstvenik je z frakcijsko kristalizacijo dvojnega amonijevega nitrata tetrahidrata iz dušikove kisline po ločitvi s spektroskopsko analizo iz materiala, znanega kot didim, izolil novo snov (kot tudi element prazeodim). Vendar do leta 1925 elementa ni bilo mogoče dobiti v njegovi najčistejši obliki.
Do poznih štiridesetih let prejšnjega stoletja je bila glavna komercialna metoda za proizvodnjo kovin dvojna kristalizacija nitratov. Metoda je neučinkovita, količina pridobljene snovi pa je bila majhna. Lindsay Chemical Division je bil prvi, ki je začel obsežno proizvodnjo neodimametoda čiščenja z ionsko izmenjavo. Od petdesetih let prejšnjega stoletja se visoko prečiščen (nad 99 %) element v glavnem proizvaja s postopkom ionske izmenjave iz monazita, bogatega z redkimi zemeljami, z elektrolizo njegovih halogenidnih soli.
Trenutno se večina kovinskega neodima pridobiva iz bastnäsite. Zaradi napredka v tehnologiji in razvoja izboljšanih metod čiščenja se je široko uporabljal v industriji.
Opis
Kemični element se v naravi ne pojavlja v kovinski obliki, ločen je od snovi didim, v kateri je pomešan z drugimi lantanidi (zlasti s prazeodimijem). Čeprav je neodim razvrščen kot redka zemeljska kovina, je precej pogost element, ki se pojavlja vsaj tako pogosto kot kob alt, nikelj ali baker in je zelo razširjen v zemeljski skorji. Večina snovi prihaja iz Kitajske.
Neodimove spojine so bile prvič komercialno uporabljene kot barvila za steklo leta 1927 in ostajajo priljubljen dodatek v lečah za očala. Barva neodimovih spojin zaradi prisotnosti ionov Nd3+ ima pogosto rdečkasto vijoličen odtenek, vendar se ta razlikuje glede na vrsto osvetlitve.
Prijava
Leče, dopirane z Ndodimijem, se uporabljajo v laserjih, ki oddajajo infrardeče sevanje z valovnimi dolžinami med 1047 in 1062 nanometri. Uporabljajo se v sistemih z izjemno visoko močjo, na primer pri poskusih na inercialnostizadrževanje.
Nd:kovina se uporablja tudi z drugimi kristali (kot je itrijev aluminijev granat) v Nd:YAG laserjih. Ta nastavitev običajno oddaja infrardeče žarke z valovno dolžino okoli 1064 nm. Je eden najpogosteje uporabljenih polprevodniških laserjev.
Druga pomembna uporaba neodima kovine je kot ojačitvena komponenta v zlitinah, ki se uporabljajo za izdelavo močnih, visoko trdnih trajnih magnetov. Široko se uporabljajo v izdelkih, kot so mikrofoni, profesionalni zvočniki, slušalke v ušesih, visokozmogljivi enosmerni motorji, računalniški trdi diski, kjer je potrebna nizka magnetna masa (prostornina) ali močna magnetna polja.
Veliki neodim magneti se uporabljajo v električnih motorjih velike moči in teže (npr. hibridni avtomobili) in generatorjih (npr. električni generatorji za letala in vetrne elektrarne). Element se uporablja tudi za utrjevanje nekaterih zlitin. Na primer, titan postane en in pol krat močnejši po dodatku samo 1,5 % te snovi.
Fizične lastnosti
Kovinski neodim je prisoten v klasični mischmetal (zlitini redkih zemeljskih elementov), kjer je njegova koncentracija običajno okoli 18%. V svoji čisti obliki ima element svetel srebrno-zlat kovinski lesk, vendar hitro oksidira v navadnem zraku. Nastane oksidna plast in se lušči, zaradi česar je kovina izpostavljena nadaljnji oksidaciji. tako,centimeterski vzorec snovi se popolnoma oksidira v enem letu.
Neodim običajno obstaja v dveh alotropnih oblikah, s transformacijo od središča do središča iz dvojne šesterokotne kubične strukture. Začne se topiti pri 1024°C in vreti pri 3074°C. Gostota snovi v trdni fazi je 7,01 g/cm3, v tekočem stanju je 6,89 g/cm3.
Atomske lastnosti:
- Oksidacijsko stanje: +4, +3, +2 (osnovni oksid).
- Elektronegativnost: 1, 14 (lestvica anketiranja).
- Toplotna prevodnost: 16,5 W/(m K).
- Ionizacijska energija: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Razmer atoma: 181 pikometrov.
Kemijske lastnosti
Kovinski neodim počasi rjavi na zraku in zlahka gori pri približno 150°C, da tvori neodim (III) oksid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
To je elektropozitivni element. Počasi reagira s hladno vodo, vendar precej hitro z vročo vodo, pri čemer tvori neodim (III) hidroksid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Kovina močno reagira z vsemi halogeni, zlahka se raztopi v razredčeni žveplovi kislini, da tvori raztopine, ki vsebujejo vijolični ion Nd(III).
Proizvodnja
Neodim se nikoli ne pojavlja kot prosti element v naravi. Kopajo ga iz rud kot nprbastnäsite in monazit, v katerem je povezan z drugimi lantanidi in drugimi elementi. Glavna rudarska območja teh mineralov se nahajajo na Kitajskem, v ZDA, Braziliji, Indiji, Šrilanki in Avstraliji. Majhna nahajališča so bila raziskana tudi v Rusiji.
Zaloge neodima so ocenjene na približno 8 milijonov ton. Njegova koncentracija v zemeljski skorji je približno 38 mg/kg, kar je za cerijem drugi najvišji med redkimi zemeljskimi elementi. Svetovna proizvodnja kovin je približno 7000 ton. Glavni del proizvodnje pripada Kitajski. Vlada LRK je pred kratkim prepoznala element kot strateško pomemben in uvedla omejitve njegovega izvoza, kar je povzročilo zaskrbljenost v državah potrošnikih in povzročilo močno povišanje cene neodima na 500 dolarjev. Danes se povprečna cena za kilogram čiste kovine giblje med 300-350 $, neodim oksidi so cenejši: 70-130 $.
Obstajajo primeri, ko je vrednost kovine padla na 40 $ zaradi nezakonite trgovine, mimo omejitev kitajske vlade. Negotovosti glede cen in razpoložljivosti so privedle do tega, da so japonska podjetja razvila trajne magnete in sorodne elektromotorje z manj ali brez elementov redkih zemelj.
