Магічний рідкоземельний елемент: «Король постійних магнітів» – неодим

бастназит

Неодим, атомний номер 60, атомна маса 144,24, з вмістом 0,00239% у земній корі, переважно присутній у монациті та бастнезиті. У природі існує сім ізотопів неодиму: неодим 142, 143, 144, 145, 146, 148 та 150, серед яких неодим 142 має найвищий вміст. З появою празеодиму з'явився і неодим. Поява неодиму активувала галузь рідкісноземельних елементів та відіграла в ній важливу роль, а також вплинула на ринок рідкісноземельних елементів.

Відкриття неодиму

Карл Орвон Вельсбах (1858-1929), першовідкривач неодиму

У 1885 році австрійський хімік Карл Орвон Вельсбах Карл Ауер фон Вельсбах відкрив неодим у Відні. Він виділив неодим і празеодим із симетричних неодимових матеріалів, відокремивши та кристалізуючи тетрагідрат нітрату амонію з азотної кислоти, і водночас розділив його за допомогою спектрального аналізу, але у відносно чистому вигляді його не було виділено до 1925 року.

З 1950-х років високочистий неодим (понад 99%) отримували переважно за допомогою іонного обміну монациту. Сам метал отримують шляхом електролізу його галогенідної солі. Наразі більшу частину неодиму видобувають з (Ce,La,Nd,Pr)CO3F у баста-натаніті та очищують екстракцією розчинником. Іонообмінне очищення залишає за собою найвищу чистоту (зазвичай > 99,99%) для подальшого приготування. Оскільки в епоху, коли виробництво залежить від технології ступінчастої кристалізації, важко видалити останні сліди празеодиму, раннє неодимове скло, виготовлене в 1930-х роках, має чистіший фіолетовий колір та більш червоний або помаранчевий відтінок, ніж сучасний варіант.

Неодимовий метал

Металевий неодим має яскравий сріблястий металевий блиск, температуру плавлення 1024°C, густину 7,004 г/см³ та парамагнетизм. Неодим є одним з найактивніших рідкоземельних металів, який швидко окислюється та темніє на повітрі, потім утворює оксидний шар, а потім відшаровується, піддаючи метал подальшому окисленню. Тому зразок неодиму розміром один сантиметр повністю окислюється протягом одного року. Він повільно реагує в холодній воді та швидко в гарячій.

Неодимова електронна конфігурація

Електронна конфігурація:

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

Лазерна продуктивність неодиму зумовлена ​​переходом 4f-орбітальних електронів між різними енергетичними рівнями. Цей лазерний матеріал широко використовується в комунікації, зберіганні інформації, медицині, обробці тощо. Серед них широко використовується ітрій-алюмінієвий гранат Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) з відмінними характеристиками, а легований Nd гадоліній-скандій-галій гранат з вищою ефективністю.

Застосування неодиму

Найбільшим споживачем неодиму є постійний магніт NdFeB. Магніт NdFeB називають «королем постійних магнітів» через його високий магнітний енергетичний продукт. Він широко використовується в електроніці, машинобудуванні та інших галузях промисловості завдяки своїм чудовим характеристикам. Френсіс Волл, професор прикладної гірничої справи в Камберлендській школі гірничої справи Ексетерського університету, Великобританія, сказав: «Що стосується магнітів, то насправді немає нічого, що могло б конкурувати з неодимом. Успішна розробка альфа-магнітного спектрометра свідчить про те, що магнітні властивості магнітів NdFeB у Китаї вийшли на світовий рівень».

Неодимовий магніт на жорсткому диску

Неодим можна використовувати для виготовлення кераміки, яскраво-фіолетового скла, штучного рубіна в лазері та спеціального скла, яке може фільтрувати інфрачервоні промені. Використовується разом з празеодимом для виготовлення захисних окулярів для склодувів.

Додавання 1,5%~2,5% нанонеодимового оксиду до магнієвого або алюмінієвого сплаву може покращити високотемпературні характеристики, герметичність та корозійну стійкість сплаву, і він широко використовується як аерокосмічний матеріал для авіації.

Наноітрієвий алюмінієвий гранат, легований нанонеодимовим оксидом, виробляє короткохвильовий лазерний промінь, який широко використовується для зварювання та різання тонких матеріалів товщиною менше 10 мм у промисловості.

Лазерний стрижень Nd:YAG

У медичному лікуванні для видалення хірургічних ран або дезінфекції ран замість хірургічних ножів використовується наноітрієвий алюмінієво-гранатовий лазер, легований нанооксидом неодиму.

Неодимове скло виготовляють шляхом додавання оксиду неодиму до розплавленого скла. Лавандовий колір зазвичай з'являється в неодимовому склі під сонячним світлом або лампою розжарювання, але світло-блакитний з'являється під освітленням люмінесцентною лампою. Неодим можна використовувати для забарвлення ніжних відтінків скла, таких як чистий фіолетовий, винно-червоний та теплий сірий.

неодимове скло

З розвитком науки і техніки, а також розширенням і розширенням науки і техніки про рідкісноземельні елементи, неодим матиме ширший простір використання.