Неодимът е химичен елемент със символа Nd и атомно число 60. Това е мек, сребрист метал, който потъмнява във въздуха. Открит е през 1885 г. от австрийския химик Карл Ауер фон Уелсбах. Веществото присъства в значителни количества в находищата на монацит пясък и в минерала bastnäsite.
История
Редкоземният метал неодим е открит от австрийския химик барон Карл Ауер фон Велсбах във Виена през 1885 г. Ученият изолира ново вещество (както и елемента празеодим) от материал, известен като дидим, чрез фракционна кристализация на двоен тетрахидрат на амониев нитрат от азотна киселина, след разделяне чрез спектроскопски анализ. Въпреки това, до 1925 г. не е било възможно да се получи елементът в най-чистата му форма.
До края на 1940-те основният търговски метод за производство на метал е двойната кристализация на нитратите. Методът е неефективен, а количеството на полученото вещество е малко. Химическото подразделение Lindsay беше първото, което започна мащабно производство на неодимметод за йонообменно пречистване. От 50-те години на миналия век високо пречистеният (над 99%) елемент се произвежда главно чрез йонообменен процес от богат на редки земни монацит чрез електролиза на неговите халогенидни соли.
В момента повечето метален неодим се извлича от bastnäsite. Напредъкът в технологиите и развитието на подобрени методи за почистване го направиха широко използван в индустрията.
Описание
Химическият елемент не се среща естествено в метална форма, той е отделен от веществото дидим, в което се смесва с други лантаноиди (по-специално с празеодим). Въпреки че неодимът е класифициран като рядкоземен метал, той е доста често срещан елемент, срещащ се поне толкова често, колкото кобалт, никел или мед, и е широко разпространен в земната кора. Повечето от веществото идва от Китай.
Неодимовите съединения са използвани за първи път в търговската мрежа като оцветители за стъкло през 1927 г. и остават популярна добавка в лещите за очила. Цветът на неодимовите съединения поради наличието на йони Nd3+ често има червеникаво-лилав оттенък, но това варира в зависимост от вида на осветлението.
Заявление
Ндодим-легирани лещи се използват в лазери, които излъчват инфрачервено лъчение с дължини на вълната между 1047 и 1062 нанометра. Използват се в системи с изключително висока мощност, например при експерименти с инерцияограничаване.
Nd:metal се използва и с други кристали (като итриев алуминиев гранат) в Nd:YAG лазери. Тази настройка обикновено излъчва инфрачервени лъчи с дължина на вълната около 1064 nm. Това е един от най-често използваните твърдотелни лазери.
Друга важна употреба на неодимов метал е като подсилващ компонент в сплави, използвани за направата на мощни постоянни магнити с висока якост. Те се използват широко в продукти като микрофони, професионални високоговорители, слушалки за поставяне в ушите, високопроизводителни DC двигатели, компютърни твърди дискове, където се изисква ниска магнитна маса (обем) или силни магнитни полета.
Големи неодимови магнити се използват в електрически двигатели с висока мощност и тегло (напр. хибридни автомобили) и генератори (напр. електрически генератори на самолети и вятърни паркове). Също така, елементът се използва за втвърдяване на някои сплави. Например титанът става един и половина пъти по-силен след добавяне на само 1,5% от това вещество.
Физически свойства
Металният неодим присъства в класическия мишметал (сплав от редкоземни елементи), където концентрацията му обикновено е от порядъка на 18%. В чистата си форма елементът има ярък сребристо-златист метален блясък, но бързо се окислява в обикновен въздух. Образува се оксиден слой и се лющи, излагайки метала на по-нататъшно окисление. По този начин,сантиметрова проба от веществото се окислява напълно в рамките на една година.
Неодимът обикновено съществува в две алотропни форми, с трансформация от център към център от двойна шестоъгълна кубична структура. Започва да се топи при 1024°C и да кипи при 3074°C. Плътността на материята в твърдата фаза е 7,01 g/cm3, в течно състояние е 6,89 g/cm3.
Атомни свойства:
- Състояние на окисляване: +4, +3, +2 (основен оксид).
- Електроотрицателност: 1, 14 (скала за гласуване).
- Топлопроводимост: 16,5 W/(mK).
- Енергия на йонизация: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Радиус на атом: 181 пикометра.
Химически свойства
Металният неодим потъмнява бавно във въздуха и гори лесно при около 150°C, за да образува неодимов (III) оксид:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Това е електроположителен елемент. Той реагира бавно със студена вода, но доста бързо с гореща вода, образувайки неодимов (III) хидроксид:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Металът реагира енергично с всички халогени, лесно се разтваря в разредена сярна киселина, за да образува разтвори, които съдържат виолетовия Nd(III) йон.
Производство
Неодимовият метал никога не се среща като свободен елемент в природата. Добива се от руди катобастназит и монацит, в които се свързва с други лантаниди и други елементи. Основните области за добив на тези минерали се намират в Китай, САЩ, Бразилия, Индия, Шри Ланка и Австралия. Малки находища са проучени и в Русия.
Запасите от неодим се оценяват на около 8 милиона тона. Концентрацията му в земната кора е около 38 mg/kg, което е второто най-високо сред редкоземните елементи след церия. Световното производство на метал е около 7000 тона. Основната част от производството принадлежи на Китай. Правителството на КНР наскоро призна елемента за стратегически важен и наложи ограничения върху износа му, предизвиквайки известно безпокойство в страните-потребители и провокирайки рязко увеличение на цената на неодима до 500 долара. Днес средната цена за килограм чист метал варира между $300-350, неодимовите оксиди са по-евтини: $70-130.
Има случаи, когато стойността на метала падна до $40 поради незаконна търговия, заобикаляйки ограниченията на китайското правителство. Несигурността в цените и наличността накара японски компании да разработят постоянни магнити и свързани електрически двигатели с по-малко или никакви редкоземни елементи.
