Elementul magic al pământurilor rare: „Regele magneților permanenți” - Neodim

bastnasit

Neodim, număr atomic 60, greutate atomică 144,24, cu un conținut de 0,00239% în scoarță, există în principal în monazit și bastnaesit. Există șapte izotopi ai neodimului în natură: neodim 142, 143, 144, 145, 146, 148 și 150, dintre care neodim 142 are cel mai mare conținut. Odată cu apariția praseodimului, a luat naștere neodimul. Apariția neodimului a activat domeniul pământurilor rare și a jucat un rol important în acesta. Și influențează piața pământurilor rare.

Descoperirea neodimului

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), descoperitorul neodimului

În 1885, chimistul austriac Carl Orvon Welsbach (Carl Auer von Welsbach) a descoperit neodim la Viena. El a separat neodimul și praseodimul din materialele simetrice de neodim prin separarea și cristalizarea tetrahidratului de azotat de amoniu din acidul azotic și, în același timp, prin analiză spectrală, dar nu a fost separat într-o formă relativ pură decât în ​​1925.

Încă din anii 1950, neodimul de înaltă puritate (peste 99%) a fost obținut în principal prin procesul de schimb ionic al monazitului. Metalul în sine se obține prin electroliza sării sale de halogenură. În prezent, cea mai mare parte a neodimului este extrasă din (Ce,La,Nd,Pr)CO3F în natanit și purificată prin extracție cu solvent. Purificarea prin schimb ionic rezervă acea puritate maximă (de obicei > 99,99%) pentru preparare. Deoarece este dificil să se îndepărteze ultimele urme de praseodim în epoca în care fabricarea depindea de tehnologia de cristalizare în etape, sticla de neodim timpurie fabricată în anii 1930 are o culoare violet mai pură și o nuanță de culoare mai roșie sau portocalie decât versiunea modernă.

Neodim metalic

Neodimul metalic are un luciu metalic argintiu strălucitor, un punct de topire de 1024°C, o densitate de 7,004 g/cm³ și paramagnetism. Neodimul este unul dintre cele mai active metale din pământuri rare, care se oxidează și se înnegrește rapid în aer, apoi formează un strat de oxid și apoi se exfoliază, expunând metalul la o oxidare suplimentară. Prin urmare, proba de neodim cu dimensiunea de un centimetru este complet oxidată în decurs de un an. Reacționează lent în apă rece și rapid în apă fierbinte.

Configurația electronică a neodimului

Configurație electronică:

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

Performanța laser a neodimului este cauzată de tranziția electronilor orbitali 4f între diferite niveluri de energie. Acest material laser este utilizat pe scară largă în comunicații, stocarea informațiilor, tratamente medicale, prelucrare etc. Printre acestea, granatul de ytriu-aluminiu Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) este utilizat pe scară largă, având performanțe excelente, iar granatul de gadoliniu-scandiu-galiu dopat cu Nd are o eficiență mai mare.

Aplicarea neodimului

Cel mai mare utilizator de neodim este materialul magnetic permanent NdFeB. Magnetul NdFeB este numit „regele magneților permanenți” datorită produsului său energetic magnetic ridicat. Este utilizat pe scară largă în electronică, utilaje și alte industrii datorită performanței sale excelente. Francis Wall, profesor de minerit aplicat la Școala de Minerit Cumberland, Universitatea din Exeter, Marea Britanie, a declarat: „În ceea ce privește magneții, nu există nimic care să poată concura cu neodimul. Dezvoltarea cu succes a Spectrometrului Magnetic Alpha indică faptul că proprietățile magnetice ale magneților NdFeB în China au atins un nivel de clasă mondială.”

Magnet de neodim pe hard disk

Neodim poate fi folosit pentru a fabrica ceramică, sticlă violet strălucitoare, rubin artificial în laser și sticlă specială care poate filtra razele infraroșii. Se folosește împreună cu praseodim pentru a fabrica ochelari de protecție pentru suflanții de sticlă.

Adăugarea de 1,5% ~ 2,5% nanooxid de neodim în aliajul de magneziu sau aluminiu poate îmbunătăți performanța la temperaturi ridicate, etanșeitatea la aer și rezistența la coroziune a aliajului și este utilizat pe scară largă ca material aerospațial pentru aviație.

Granatul de nano-ytriu și aluminiu dopat cu oxid de nano-neodim produce un fascicul laser cu undă scurtă, care este utilizat pe scară largă pentru sudarea și tăierea materialelor subțiri cu grosimea sub 10 mm în industrie.

Tijă laser Nd:YAG

În tratamentul medical, granatul de aluminiu și nano-ytriu dopat cu laser cu oxid de neodim nano este utilizat pentru a îndepărta rănile chirurgicale sau a dezinfecta rănile în locul cuțitelor chirurgicale.

Sticla de neodim se obține prin adăugarea de oxid de neodim în topitura de sticlă. Lavanda apare de obicei în sticla de neodim sub lumina soarelui sau la o lampă incandescentă, dar albastrul deschis apare sub iluminarea unei lămpi fluorescente. Neodimul poate fi folosit pentru a colora nuanțe delicate de sticlă, cum ar fi violetul pur, roșu-vin și griul cald.

sticlă de neodim

Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei și extinderea științei și tehnologiei pământurilor rare, neodimul va avea un spațiu de utilizare mai larg.