A neodímium egy kémiai elem, Nd szimbólummal és 60-as rendszámmal. Ez egy puha, ezüstös fém, amely a levegőben elhalványul. Carl Auer von Welsbach osztrák kémikus fedezte fel 1885-ben. Az anyag jelentős mennyiségben van jelen a monacit homoktelepekben és a bastnäsit ásványban.
Előzmények
A ritkaföldfém-neodímiumot Karl Auer von Welsbach báró osztrák vegyész fedezte fel 1885-ben Bécsben. A tudós egy új anyagot (valamint a prazeodímium elemet) izolált egy didímiumként ismert anyagból kettős ammónium-nitrát-tetrahidrát salétromsavból történő frakcionált kristályosításával, spektroszkópiai analízissel történő elválasztás után. 1925-ig azonban nem lehetett az elemet a legtisztább formában beszerezni.
Az 1940-es évek végéig a fémgyártás fő kereskedelmi módszere a nitrátok kettős kristályosítása volt. A módszer hatástalan, a kapott anyag mennyisége kicsi volt. A Lindsay Chemical Division volt az első, amely megkezdte a neodímium nagyüzemi gyártásátioncserélő tisztítási módszer. Az 1950-es évek óta a nagy tisztaságú (99% feletti) elemet főként ioncserélő eljárással állítják elő ritkaföldfémekben gazdag monacitból, annak halogenidsóinak elektrolízisével.
Jelenleg a fémes neodímium nagy részét a basztnäsitből vonják ki. A technológia fejlődése és a továbbfejlesztett tisztítási módszerek fejlődése széles körben alkalmazta az iparban.
Leírás
A kémiai elem a természetben nem fordul elő fémes formában, el van választva a didímium anyagtól, amelyben más lantanidokkal (különösen prazeodímiummal) keveredik. Bár a neodímium a ritkaföldfémek közé tartozik, meglehetősen gyakori elem, legalább olyan gyakran előfordul, mint a kob alt, nikkel vagy réz, és széles körben elterjedt a földkéregben. Az anyag nagy része Kínából származik.
A neodímiumvegyületeket először 1927-ben használták kereskedelmi forgalomba üvegfestékként, és továbbra is a szemüveglencsék népszerű adalékanyaga. A neodímiumvegyületek színe az Nd3+ ionok jelenléte miatt gyakran vöröses-lilás árnyalatú, de ez a világítás típusától függően változik.
Alkalmazás
Ndodímiummal adalékolt lencséket olyan lézerekben használnak, amelyek 1047 és 1062 nanométer közötti hullámhosszú infravörös sugárzást bocsátanak ki. Rendkívül nagy teljesítményű rendszerekben használják, például tehetetlenségi kísérletekbenelszigetelés.
Az
Nd:metal más kristályokkal (például ittrium-alumínium gránáttal) is használatos az Nd:YAG lézerekben. Ez a beállítás általában 1064 nm körüli hullámhosszú infravörös sugarakat bocsát ki. Ez az egyik leggyakrabban használt szilárdtestlézer.
A neodímium fém másik fontos felhasználása erős, nagy szilárdságú állandó mágnesek készítéséhez használt ötvözetek erősítő komponense. Széles körben használják olyan termékekben, mint például mikrofonok, professzionális hangszórók, fülbe helyezhető fejhallgatók, nagy teljesítményű egyenáramú motorok, számítógép-merevlemezek, ahol alacsony mágneses tömegre (térfogatra) vagy erős mágneses mezőre van szükség.
A nagy neodímium mágneseket nagy teljesítményű és tömegű villanymotorokban (pl. hibrid autókban) és generátorokban (pl. repülőgépek és szélerőművek elektromos generátorai) használják. Ezenkívül az elemet egyes ötvözetek keményítésére használják. Például a titán másfélszer erősebbé válik, miután ennek az anyagnak mindössze 1,5%-át adják hozzá.
Fizikai tulajdonságok
A fémes neodímium a klasszikus mischmetalban (ritkaföldfémek ötvözete) van jelen, ahol koncentrációja általában 18% körüli. Tiszta formájában az elem fényes ezüst-arany fémes fényű, de a közönséges levegőn gyorsan oxidálódik. Oxidréteg képződik és leválik, és a fémet további oxidációnak teszi ki. És így,centiméteres anyagminta egy éven belül teljesen oxidálódik.
A neodímium általában két allotróp formában létezik, egy kettős hatszögletű köbös szerkezetből a központtól a középpontig való átalakulással. 1024°C-on kezd olvadni, és 3074°C-on forr. Az anyag sűrűsége szilárd fázisban 7,01 g/cm3, folyékony állapotban 6,89 g/cm3.
Atom tulajdonságok:
- Oxidációs állapot: +4, +3, +2 (bázikus oxid).
- Elektronegativitás: 1, 14 (lekérdezési skála).
- Hővezetőképesség: 16,5 W/(m K).
- Ionizációs energia: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Az atom sugara: 181 pikométer.
Kémiai tulajdonságok
A fém neodímium lassan elhomályosul a levegőben, és 150°C körüli hőmérsékleten könnyen ég, neodímium(III)-oxidot képezve:
4Nd + 3O2 → 2.2O3
Ez egy elektropozitív elem. Hideg vízzel lassan, forró vízzel viszont gyorsan reagál, neodímium(III)-hidroxidot képezve:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
A fém erőteljesen reagál minden halogénnel, könnyen oldódik híg kénsavban, és olyan oldatokat képez, amelyek az ibolyaszínű Nd(III)-iont tartalmazzák.
Gyártás
A neodímium fém soha nem fordul elő szabad elemként a természetben. Olyan ércekből bányászják, mint plbastnäsit és monacit, amelyben más lantanidokkal és más elemekkel társul. Ezen ásványok fő bányászati területei Kínában, az USA-ban, Brazíliában, Indiában, Srí Lankán és Ausztráliában találhatók. Kisebb lelőhelyeket Oroszországban is feltártak.
A neodímiumtartalékokat körülbelül 8 millió tonnára becsülik. Koncentrációja a földkéregben körülbelül 38 mg/kg, ami a cérium után a második legmagasabb a ritkaföldfémek között. A világ fémtermelése körülbelül 7000 tonna. A termelés nagy része Kínához tartozik. A Kínai Népköztársaság kormánya a közelmúltban felismerte az elemet stratégiailag fontosnak, és korlátozásokat vezetett be az exportjára, ami némi aggodalmat keltett a fogyasztó országokban, és a neodímium árának meredek, 500 dollárra történő emelkedését váltotta ki. Ma a tiszta fém kilogrammonkénti ára átlagosan 300-350 dollár között mozog, a neodímium-oxidok olcsóbbak: 70-130 dollár.
Vannak esetek, amikor a fém értéke 40 dollárra esett az illegális kereskedelem miatt, megkerülve a kínai kormány korlátozásait. Az árakkal és a rendelkezésre állási bizonytalanságokkal a japán vállalatok állandó mágneseket és kapcsolódó villanymotorokat fejlesztettek ki ritkaföldfémekkel kevesebb vagy egyáltalán nem.
