Neodimis yra cheminis elementas, kurio simbolis Nd ir atominis skaičius 60. Tai minkštas, sidabrinis metalas, kuris tamsėja ore. Jį 1885 m. atrado austrų chemikas Carlas Aueris von Welsbachas. Medžiagos dideli kiekiai yra monazito smėlio telkiniuose ir mineraliniame bastnäsite.
Istorija
Retųjų žemių metalų neodimį 1885 m. Vienoje atrado austrų chemikas baronas Karlas Aueris fon Welsbachas. Mokslininkas išskyrė naują medžiagą (taip pat elementą prazeodimą) iš medžiagos, žinomos kaip didimis, frakciniu būdu kristalizuodamas dvigubą amonio nitrato tetrahidratą iš azoto rūgšties, po atskyrimo spektroskopine analize. Tačiau iki 1925 m. nebuvo įmanoma gauti gryniausios formos elemento.
Iki XX amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pabaigos pagrindinis komercinis metalo gamybos būdas buvo dviguba nitratų kristalizacija. Metodas neefektyvus, o gautos medžiagos kiekis buvo mažas. Lindsay Chemical Division buvo pirmasis, pradėjęs didelio masto neodimio gamybąjonų mainų gryninimo metodas. Nuo šeštojo dešimtmečio labai išgrynintas (daugiau kaip 99 %) elementas daugiausia buvo gaminamas jonų mainų būdu iš retųjų žemių turtingo monazito, elektrolizės būdu jo halogenidų druskoms.
Šiuo metu didžioji dalis metalinio neodimio išgaunama iš bastnäsito. Dėl technologijų pažangos ir tobulesnių valymo metodų jis plačiai naudojamas pramonėje.
Aprašymas
Cheminis elementas gamtoje neatsiranda metalo pavidalu, jis yra atskirtas nuo medžiagos didimio, kuriame yra sumaišytas su kitais lantanidais (ypač su prazeodimiu). Nors neodimis priskiriamas retųjų žemių metalams, jis yra gana dažnas elementas, pasitaikantis bent jau taip pat dažnai kaip kob altas, nikelis ar varis ir plačiai paplitęs žemės plutoje. Didžioji dalis medžiagos gaunama iš Kinijos.
Neodimio junginiai pirmą kartą komerciniais tikslais buvo naudojami kaip stiklo dažikliai 1927 m. ir tebėra populiarus akinių lęšių priedas. Neodimio junginių spalva dėl Nd3+ jonų dažnai būna rausvai violetinio atspalvio, tačiau tai skiriasi priklausomai nuo apšvietimo tipo.
Programa
Ndodimiu legiruoti lęšiai naudojami lazeriuose, kurie skleidžia infraraudonąją spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo 1047 iki 1062 nanometrų. Jie naudojami sistemose, turinčiose itin didelę galią, pavyzdžiui, atliekant eksperimentus su inercijaizoliavimas.
Nd:metal taip pat naudojamas su kitais kristalais (pvz., itrio aliuminio granatu) Nd:YAG lazeriuose. Ši sąranka paprastai skleidžia infraraudonuosius spindulius, kurių bangos ilgis yra apie 1064 nm. Tai vienas iš dažniausiai naudojamų kietojo kūno lazerių.
Kitas svarbus neodimio metalo panaudojimas yra kaip sutvirtinantis komponentas lydiniuose, naudojamuose galingiems, didelio stiprumo nuolatiniams magnetams gaminti. Jie plačiai naudojami gaminiuose, tokiuose kaip mikrofonai, profesionalūs garsiakalbiai, į ausis įstatomos ausinės, didelio našumo nuolatinės srovės varikliai, kompiuterių standieji diskai, kur reikalinga maža magnetinė masė (tūris) arba stiprūs magnetiniai laukai.
Dideli neodimio magnetai naudojami didelės galios ir svorio elektros varikliuose (pvz., hibridiniuose automobiliuose) ir generatoriuose (pvz., orlaivių ir vėjo jėgainių elektros generatoriuose). Be to, elementas naudojamas kai kurių lydinių grūdinimui. Pavyzdžiui, titanas tampa pusantro karto stipresnis, pridėjus vos 1,5 % šios medžiagos.
Fizikinės savybės
Metalinio neodimio yra klasikiniame mischmetal (retųjų žemių elementų lydinyje), kur jo koncentracija paprastai yra apie 18%. Gryna forma elementas turi ryškų sidabro-aukso metalinį blizgesį, tačiau greitai oksiduojasi įprastame ore. Susidaro oksido sluoksnis, kuris atsiskiria ir toliau oksiduojasi. Taigi,centimetro medžiagos mėginys visiškai oksiduojamas per metus.
Neodimis paprastai būna dviejų alotropinių formų, kurių transformacija iš centro į centrą iš dvigubos šešiakampės kubinės struktūros. Jis pradeda tirpti 1024 °C temperatūroje ir virti 3074 °C temperatūroje. Medžiagos tankis kietoje fazėje yra 7,01 g/cm3, skystoje būsenoje yra 6,89 g/cm3.
Atominės savybės:
- Oksidacijos būsena: +4, +3, +2 (bazinis oksidas).
- Elektronegatyvumas: 1, 14 (apklausos skalė).
- Šiluminis laidumas: 16,5 W/(m K).
- Jonizacijos energija: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Atomo spindulys: 181 pikometras.
Cheminės savybės
Metalinis neodimis lėtai susitepa ore ir lengvai dega maždaug 150 °C temperatūroje, sudarydamas neodimio (III) oksidą:
4Nd + 3O2 → 2nd2O3
Tai elektroteigiamas elementas. Lėtai reaguoja su š altu, bet gana greitai su karštu vandeniu, sudarydamas neodimio (III) hidroksidą:
2nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metalas intensyviai reaguoja su visais halogenais, lengvai ištirpsta praskiestoje sieros rūgštyje, sudarydamas tirpalus, kuriuose yra violetinio Nd(III) jono.
Gamyba
Neodimio metalas gamtoje niekada nėra laisvas elementas. Jis išgaunamas iš rūdų, tokių kaipbastnäsite ir monazite, kuriuose jis yra susijęs su kitais lantanidais ir kitais elementais. Pagrindinės šių mineralų gavybos zonos yra Kinijoje, JAV, Brazilijoje, Indijoje, Šri Lankoje ir Australijoje. Maži telkiniai taip pat buvo ištirti Rusijoje.
Apskaičiuota, kad neodimio atsargos siekia apie 8 mln. tonų. Jo koncentracija žemės plutoje yra apie 38 mg/kg, tai yra antra pagal dydį tarp retųjų žemių elementų po cerio. Pasaulyje pagaminama apie 7000 tonų metalo. Didžioji dalis produkcijos priklauso Kinijai. KLR vyriausybė neseniai pripažino elementą strategiškai svarbiu ir įvedė jo eksporto apribojimus, sukeldama tam tikrą nerimą vartotojų šalyse ir išprovokavusi staigų neodimio kainos padidėjimą iki 500 USD. Šiandien vidutinė gryno metalo kilogramo kaina svyruoja tarp 300–350 USD, neodimio oksidai yra pigesni: 70–130 USD.
Būna atvejų, kai dėl nelegalios prekybos, apeinant Kinijos valdžios apribojimus, metalo vertė nukrito iki 40 USD. Kainos ir prieinamumo neapibrėžtumas paskatino Japonijos įmones sukurti nuolatinius magnetus ir susijusius elektros variklius, kuriuose būtų mažiau retųjų žemių elementų arba jų visai nėra.
