Magiškasis retųjų žemių elementas: „Nuolatinių magnetų karalius“ – neodimis

bastnasitas

Neodimis, kurio atominis skaičius yra 60, atominis svoris 144,24, o plutoje jo yra 0,00239 %, daugiausia randamas monacite ir bastnezite. Gamtoje yra septyni neodimio izotopai: neodimis 142, 143, 144, 145, 146, 148 ir 150, iš kurių neodimis 142 turi didžiausią kiekį. Atsiradus praseodimiui, atsirado ir neodimis. Neodimio atsiradimas suaktyvino retųjų žemių sritį ir atliko jame svarbų vaidmenį. Jis daro įtaką retųjų žemių rinkai.

Neodimio atradimas

Karlas Orvonas Velsbachas (1858–1929), neodimio atradėjas

1885 m. austrų chemikas Carlas Orvonas Welsbachas Vienoje atrado neodimį. Jis išskyrė neodimį ir praseodimį iš simetriškų neodimio medžiagų, atskirdamas ir kristalizuodamas amonio nitrato tetrahidratą iš azoto rūgšties, ir tuo pačiu metu atskirdamas spektrinės analizės būdu, tačiau santykinai gryna forma jis nebuvo atskirtas iki 1925 m.

Nuo šeštojo dešimtmečio didelio grynumo neodimis (daugiau nei 99 %) daugiausia buvo gaunamas jonų mainų būdu iš monazito. Pats metalas gaunamas elektrolizuojant jo halogenido druską. Šiuo metu didžioji dalis neodimio išgaunama iš (Ce,La,Nd,Pr)CO3F basta natanite ir išgryninama tirpiklių ekstrakcija. Jonų mainų valymas leidžia gauti aukščiausią grynumą (paprastai > 99,99 %). Kadangi tuo metu, kai gamyba priklausė nuo pakopinės kristalizacijos technologijos, sunku pašalinti paskutinius praseodimio pėdsakus, ankstyvasis neodimio stiklas, pagamintas 1930 m., yra grynesnės violetinės spalvos ir labiau raudono arba oranžinio atspalvio nei šiuolaikinė versija.

Neodimio metalas

Metalinis neodimis pasižymi ryškiu sidabriniu metaliniu blizgesiu, lydymosi temperatūra 1024 °C, tankis 7,004 g/cm³ ir paramagnetizmu. Neodimis yra vienas aktyviausių retųjų žemių metalų, kuris ore greitai oksiduojasi ir tamsėja, tada sudaro oksido sluoksnį ir tada nusilupa, atidengdamas metalą tolesnei oksidacijai. Todėl vieno centimetro dydžio neodimio mėginys visiškai oksiduojasi per vienerius metus. Jis lėtai reaguoja šaltame vandenyje ir greitai karštame vandenyje.

Neodimio elektroninė konfigūracija

Elektroninė konfigūracija:

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

Neodimio lazerio veikimas priklauso nuo 4f orbitinių elektronų perėjimo tarp skirtingų energijos lygmenų. Ši lazerinė medžiaga plačiai naudojama komunikacijose, informacijos saugojime, medicininiame gydyme, mechaniniame apdirbime ir kt. Tarp jų plačiai naudojamas itrio aliuminio granatas Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd), pasižymintis puikiu veikimu, o Nd legiruotas gadolinio skandžio galio granatas pasižymi didesniu efektyvumu.

Neodimio panaudojimas

Didžiausias neodimio naudotojas yra NdFeB nuolatinio magneto medžiaga. NdFeB magnetas vadinamas „nuolatinių magnetų karaliumi“ dėl savo didelės magnetinės energijos. Dėl puikių eksploatacinių savybių jis plačiai naudojamas elektronikoje, mašinų ir kitose pramonės šakose. Francis Wall, taikomosios kasybos profesorius Cumberlando kasybos mokykloje, Ekseterio universitete, Jungtinėje Karalystėje, sakė: „Kalbant apie magnetus, iš tikrųjų nėra nieko, kas galėtų konkuruoti su neodimiu. Sėkmingas alfa magnetinio spektrometro sukūrimas rodo, kad NdFeB magnetų magnetinės savybės Kinijoje pasiekė pasaulinio lygio lygį.“

Neodimio magnetas kietajame diske

Neodimas gali būti naudojamas keramikai, ryškiai violetiniam stiklui, dirbtiniam rubinui lazeriuose ir specialiam stiklui, kuris gali filtruoti infraraudonuosius spindulius, gaminti. Kartu su praseodimiu jis naudojamas stiklo pūtėjų akiniams gaminti.

Į magnio arba aliuminio lydinį įdėjus 1,5–2,5 % nanodalelių neodimio oksido, galima pagerinti lydinio atsparumą aukštai temperatūrai, sandarumą ir koroziją, todėl jis plačiai naudojamas kaip aviacijos ir kosmoso medžiaga.

Nano-itrio aliuminio granatas, legiruotas nano-neodimio oksidu, sukuria trumpųjų bangų lazerio spindulį, kuris pramonėje plačiai naudojamas plonoms, mažesnėms nei 10 mm storio medžiagoms suvirinti ir pjauti.

Nd:YAG lazerinis strypas

Medicininiame gydyme chirurginėms žaizdoms šalinti arba žaizdoms dezinfekuoti vietoj chirurginių peilių naudojamas nano itrio aliuminio granato lazeris, legiruotas nano neodimio oksidu.

Neodimio stiklas gaminamas į stiklo lydalą įdedant neodimio oksido. Levandų spalva neodimio stikle paprastai atsiranda saulės šviesoje arba kaitrinėje lempoje, tačiau šviesiai mėlyna spalva atsiranda apšviečiant fluorescencinėmis lempomis. Neodimiu galima dažyti subtilius stiklo atspalvius, tokius kaip gryna violetinė, vyno raudona ir šilta pilka.

neodimio stiklas

Tobulėjant mokslui ir technologijoms bei plečiantis retųjų žemių mokslui ir technologijoms, neodimis turės platesnę panaudojimo erdvę.