Čarobni redkozemeljski element: "Kralj trajnih magnetov" - neodim

bastnazit

Neodim, atomsko število 60, atomska masa 144,24, z vsebnostjo 0,00239 % v skorji, se pojavlja predvsem v monazitu in bastnaezitu. V naravi obstaja sedem izotopov neodima: neodim 142, 143, 144, 145, 146, 148 in 150, med katerimi ima neodim 142 najvišjo vsebnost. Z rojstvom prazeodima je nastal neodim. Pojav neodima je aktiviral področje redkih zemelj in na njem igral pomembno vlogo ter vplival na trg redkih zemelj.

Odkritje neodima

Karl Orvon Welsbach (1858–1929), odkritelj neodima

Leta 1885 je avstrijski kemik Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach na Dunaju odkril neodim. Iz simetričnih neodimovih materialov je ločil neodim in prazeodim z ločevanjem in kristalizacijo amonijevega nitrata tetrahidrata iz dušikove kisline, hkrati pa ju je ločil s spektralno analizo, vendar ga v relativno čisti obliki ni uspel ločiti vse do leta 1925.

Od petdesetih let prejšnjega stoletja se je neodim visoke čistosti (nad 99 %) pridobival predvsem z ionsko izmenjavo monazita. Kovina sama se pridobiva z elektrolizo njene halogenidne soli. Trenutno se večina neodima ekstrahira iz (Ce,La,Nd,Pr)CO3F v basta natanitu in prečisti z ekstrakcijo s topilom. Ionsko izmenjevalno čiščenje prihrani to najvišjo čistost (običajno > 99,99 %) za pripravo. Ker je v dobi, ko je proizvodnja odvisna od tehnologije stopenjske kristalizacije, težko odstraniti zadnje sledi prazeodima, ima zgodnje neodimovo steklo, izdelano v tridesetih letih prejšnjega stoletja, čistejšo vijolično barvo in bolj rdeč ali oranžen barvni odtenek kot sodobna različica.

Neodim kovina

Kovinski neodim ima svetel srebrn kovinski sijaj, tališče 1024 °C, gostoto 7,004 g/cm3 in paramagnetizem. Neodim je ena najbolj aktivnih redkozemeljskih kovin, ki na zraku hitro oksidira in potemni, nato pa tvori oksidno plast in se lušči, zaradi česar je kovina izpostavljena nadaljnji oksidaciji. Zato se vzorec neodima velikosti enega centimetra v enem letu popolnoma oksidira. V hladni vodi reagira počasi, v vroči pa hitro.

Neodimska elektronska konfiguracija

Elektronska konfiguracija:

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

Lasersko delovanje neodima je posledica prehoda 4f orbitalnih elektronov med različnimi energijskimi nivoji. Ta laserski material se pogosto uporablja v komunikaciji, shranjevanju informacij, medicini, strojni obdelavi itd. Med njimi se pogosto uporablja itrijev aluminijev granat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) z odličnim delovanjem, z Nd dopirani gadolinijev skandijev galijev granat pa z večjo učinkovitostjo.

Uporaba neodima

Največji uporabnik neodima je trajni magnet NdFeB. Magnet NdFeB se zaradi visokega magnetnega energijskega produkta imenuje »kralj trajnih magnetov«. Zaradi odlične zmogljivosti se pogosto uporablja v elektroniki, strojništvu in drugih panogah. Francis Wall, profesor uporabnega rudarstva na rudarski šoli Cumberland Univerze v Exeterju v Združenem kraljestvu, je dejal: »Kar zadeva magnete, se neodimu ne more kosati z ničemer. Uspešen razvoj alfa magnetnega spektrometra kaže, da so magnetne lastnosti magnetov NdFeB na Kitajskem dosegle svetovno raven.«

Neodimski magnet na trdem disku

Neodim se lahko uporablja za izdelavo keramike, svetlo vijoličnega stekla, umetnega rubina v laserju in posebnega stekla, ki lahko filtrira infrardeče žarke. Uporablja se skupaj s prazeodimom za izdelavo zaščitnih očal za steklopihalce.

Dodajanje 1,5 % do 2,5 % nano neodimovega oksida v magnezijevo ali aluminijevo zlitino lahko izboljša visokotemperaturno delovanje, zrakotesnost in odpornost zlitine proti koroziji, zato se pogosto uporablja kot vesoljski material za letalstvo.

Nano-itrijev aluminijev granat, dopiran z nano-neodimovim oksidom, proizvaja kratkovalovni laserski žarek, ki se v industriji pogosto uporablja za varjenje in rezanje tankih materialov debeline pod 10 mm.

Nd:YAG laserska palica

V medicini se za odstranjevanje kirurških ran ali razkuževanje ran namesto kirurških nožev uporablja nano itrijev aluminijev granatni laser, dopiran z nano neodimovim oksidom.

Neodimovo steklo se izdeluje z dodajanjem neodimovega oksida v stekleno talino. Pod sončno svetlobo ali žarnico z žarilno nitko se v neodimovem steklu običajno pojavi sivkasta barva, pod osvetlitvijo fluorescenčne sijalke pa svetlo modra. Neodim se lahko uporablja za barvanje nežnih odtenkov stekla, kot so čista vijolična, vinsko rdeča in toplo siva.

neodimsko steklo

Z razvojem znanosti in tehnologije ter širitvijo znanosti in tehnologije redkih zemelj bo imel neodim širši prostor za uporabo.