Магически редкоземен елемент: „Кралят на постоянните магнити“ - неодим

бастназит

Неодимът, с атомен номер 60 и атомно тегло 144,24, със съдържание от 0,00239% в земната кора, се среща главно в монацит и бастнезит. В природата има седем изотопа на неодим: неодим 142, 143, 144, 145, 146, 148 и 150, сред които неодим 142 има най-високо съдържание. С появата на празеодима се появява и неодимът. Появата на неодима активира областта на редкоземните елементи и изигра важна роля в нея. Той оказва влияние върху пазара на редкоземните елементи.

Откриването на неодим

Карл Орвон Велсбах (1858-1929), откривателят на неодима

През 1885 г. австрийският химик Карл Орвон Велсбах (Карл Ауер фон Велсбах) открива неодим във Виена. Той отделя неодим и празеодим от симетрични неодимови материали, като отделя и кристализира амониев нитрат тетрахидрат от азотна киселина, като едновременно с това го разделя чрез спектрален анализ, но не е отделен в относително чиста форма до 1925 г.

От 50-те години на миналия век насам, неодимът с висока чистота (над 99%) се получава главно чрез йонообменен процес на монацит. Самият метал се получава чрез електролиза на неговата халогенидна сол. В момента по-голямата част от неодима се извлича от (Ce,La,Nd,Pr)CO3F в баста натанит и се пречиства чрез екстракция с разтворител. Йонообменното пречистване запазва тази най-висока чистота (обикновено > 99,99%) за приготвяне. Тъй като е трудно да се отстранят последните следи от празеодим в ерата, когато производството зависи от технологията на стъпкова кристализация, ранното неодимово стъкло, произведено през 30-те години на миналия век, има по-чист лилав цвят и по-червен или оранжев цветен оттенък от съвременната версия.

Неодимов метал

Металният неодим има ярък сребрист метален блясък, точка на топене 1024°C, плътност 7,004 g/cm3 и парамагнетизъм. Неодимът е един от най-активните редкоземни метали, който бързо се окислява и потъмнява на въздух, след което образува оксиден слой и след това се отлепва, излагайки метала на по-нататъшно окисление. Следователно, проба от неодим с размер един сантиметър се окислява напълно в рамките на една година. Реагира бавно в студена вода и бързо в гореща.

Неодимова електронна конфигурация

Електронна конфигурация:

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

Лазерните характеристики на неодима се дължат на прехода на 4f орбитални електрони между различни енергийни нива. Този лазерен материал се използва широко в комуникациите, съхранението на информация, медицинското лечение, машинната обработка и др. Сред тях, итриево-алуминиевият гранат Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) се използва широко с отлични характеристики, а легираният с Nd гадолиний-скандий-галиев гранат се отличава с по-висока ефективност.

Приложение на неодим

Най-големият потребител на неодим е постоянният магнит NdFeB. NdFeB магнитът е наричан „кралят на постоянните магнити“ заради високия си магнитен енергиен продукт. Той се използва широко в електрониката, машиностроенето и други индустрии заради отличните си характеристики. Франсис Уол, професор по приложно минно дело в Минното училище Cumberland към Университета в Ексетър, Великобритания, каза: „По отношение на магнитите, наистина няма нищо, което да може да се конкурира с неодима. Успешното разработване на алфа магнитен спектрометър показва, че магнитните свойства на NdFeB магнитите в Китай са достигнали световно ниво.“

Неодимов магнит на твърд диск

Неодимът може да се използва за направата на керамика, ярко лилаво стъкло, изкуствен рубин в лазера и специално стъкло, което може да филтрира инфрачервените лъчи. Използва се заедно с празеодим за направата на очила за стъклодухачи.

Добавянето на 1,5%~2,5% нанонеодимов оксид към магнезиева или алуминиева сплав може да подобри високотемпературните характеристики, херметичността и устойчивостта на корозия на сплавта и тя се използва широко като аерокосмически материал за авиацията.

Нано-итриев алуминиев гранат, легиран с нано-неодимов оксид, произвежда късовълнов лазерен лъч, който се използва широко за заваряване и рязане на тънки материали с дебелина под 10 мм в промишлеността.

Nd:YAG лазерен прът

В медицинското лечение, наноитриево-алуминиев гранатов лазер, легиран с нанонеодимов оксид, се използва за отстраняване на хирургически рани или дезинфекция на рани вместо хирургически ножове.

Неодимовото стъкло се произвежда чрез добавяне на неодимов оксид към стъклената стопилка. Лавандуловият цвят обикновено се появява в неодимовото стъкло под слънчева светлина или лампа с нажежаема жичка, но светлосиният се появява под осветление от флуоресцентна лампа. Неодимът може да се използва за оцветяване на деликатни нюанси на стъклото, като чисто виолетово, винено червено и топло сиво.

неодимово стъкло

С развитието на науката и технологиите и разширяването и разширяването на науката и технологиите за редкоземните елементи, неодимът ще има по-широко пространство за приложение.