Neodimul este un element chimic cu simbolul Nd și numărul atomic 60. Este un metal moale, argintiu, care se pătește în aer. A fost descoperită în 1885 de chimistul austriac Carl Auer von Welsbach. Substanța este prezentă în cantități semnificative în depozitele de nisip monazit și în bastnäsite mineral.
Istorie
Neodimul metal al pământului rar a fost descoperit de chimistul austriac baronul Karl Auer von Welsbach la Viena în 1885. Omul de știință a izolat o substanță nouă (precum și elementul praseodim) dintr-un material cunoscut sub numele de didimiu prin cristalizarea fracționată a azotatului dublu de amoniu tetrahidrat din acidul azotic, după separarea prin analiză spectroscopică. Cu toate acestea, până în 1925 nu a fost posibil să se obțină elementul în forma sa cea mai pură.
Până la sfârșitul anilor 1940, principala metodă comercială de producere a metalului a fost dubla cristalizare a nitraților. Metoda este ineficientă, iar cantitatea de substanță obținută a fost mică. Lindsay Chemical Division a fost prima care a început producția pe scară largă de neodimmetoda de purificare prin schimb de ioni. Din anii 1950, elementul foarte purificat (peste 99%) a fost produs în principal printr-un proces de schimb ionic din monazit bogat în pământuri rare prin electroliza sărurilor sale halogenuri.
În prezent, majoritatea neodimului metalic este extras din bastnäsite. Progresele tehnologice și dezvoltarea unor metode îmbunătățite de curățare l-au făcut pe scară largă în industrie.
Descriere
Elementul chimic nu se găsește în mod natural sub formă metalică, este separat de substanța didimiu, în care este amestecat cu alte lantanide (în special, cu praseodimiu). Deși neodimul este clasificat ca un metal cu pământuri rare, este un element destul de comun, care apare cel puțin la fel de des ca cob altul, nichelul sau cuprul și este larg distribuit în scoarța terestră. Cea mai mare parte a substanței provine din China.
Compușii de neodim au fost utilizați pentru prima dată comercial ca coloranți pentru sticlă în 1927 și rămân un aditiv popular în lentilele de ochelari. Culoarea compușilor de neodim datorită prezenței ionilor Nd3+ are adesea o nuanță roșiatică-violet, dar aceasta variază în funcție de tipul de iluminare.
Aplicație
Lentilele dopate cu ndodimiu sunt folosite la laserele care emit radiații infraroșii cu lungimi de undă cuprinse între 1047 și 1062 nanometri. Sunt utilizate în sisteme cu putere extrem de mare, de exemplu, în experimente pe inerțieizolare.
Nd:metal este folosit și cu alte cristale (cum ar fi granatul de ytriu-aluminiu) în laserele Nd:YAG. Această configurație emite de obicei raze infraroșii cu o lungime de undă de aproximativ 1064 nm. Este unul dintre cele mai frecvent utilizate lasere cu stare solidă.
O altă utilizare importantă a metalului neodim este ca componentă de armare în aliajele utilizate pentru a face magneți permanenți puternici, de mare rezistență. Acestea sunt utilizate pe scară largă în produse precum microfoane, difuzoare profesionale, căști intraauriculare, motoare DC de în altă performanță, hard disk-uri pentru computere, unde sunt necesare o masă magnetică redusă (volum) sau câmpuri magnetice puternice.
Magneții mari de neodim sunt utilizați în motoare electrice de mare putere și greutate (de exemplu, mașini hibride) și generatoare (de exemplu, avioane și generatoare electrice de parcuri eoliene). De asemenea, elementul este folosit pentru a întări unele aliaje. De exemplu, titanul devine de o ori și jumătate mai puternic după adăugarea a doar 1,5% din această substanță.
Proprietăți fizice
Neodimul metalic este prezent în mischmetalul clasic (un aliaj de elemente de pământuri rare), unde concentrația sa este de obicei de ordinul a 18%. În forma sa pură, elementul are un luciu metalic argintiu-auriu strălucitor, dar se oxidează rapid în aerul obișnuit. Se formează un strat de oxid și se desprinde, expunând metalul la oxidare ulterioară. Prin urmare,Proba de centimetri a substanței este complet oxidată în decurs de un an.
Neodimul există de obicei în două forme alotrope, cu o transformare de la centru la centru dintr-o structură cubică dublă hexagonală. Începe să se topească la 1024°C și să fiarbă la 3074°C. Densitatea materiei în fază solidă este de 7,01 g/cm3, în stare lichidă este de 6,89 g/cm3.
Proprietăți atomice:
- Starea de oxidare: +4, +3, +2 (oxid de bază).
- Electronegativitate: 1, 14 (scara de sondare).
- Conductivitate termică: 16,5 W/(m K).
- Energia de ionizare: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Raza unui atom: 181 picometri.
Proprietăți chimice
Neodimul metalic se pătește lent în aer și arde ușor la aproximativ 150°C pentru a forma oxid de neodim(III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Acesta este un element electropozitiv. Reacționează lent cu apa rece, dar destul de repede cu apa fierbinte, formând hidroxid de neodim (III):
2Nd(e) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metalul reacționează energic cu toți halogenii, se dizolvă ușor în acid sulfuric diluat pentru a forma soluții care conțin ionul violet Nd(III).
Producție
Metalul de neodim nu apare niciodată ca element liber în natură. Este extras din minereuri precumbastnäsite și monazite, în care este asociat cu alte lantanide și alte elemente. Principalele zone miniere pentru aceste minerale sunt situate în China, SUA, Brazilia, India, Sri Lanka și Australia. De asemenea, mici zăcăminte au fost explorate în Rusia.
Rezervele de neodim sunt estimate la aproximativ 8 milioane de tone. Concentrația sa în scoarța terestră este de aproximativ 38 mg/kg, care este a doua cea mai mare dintre elementele pământurilor rare după ceriu. Producția mondială de metal este de aproximativ 7000 de tone. Cea mai mare parte a producției aparține Chinei. Guvernul RPC a recunoscut recent elementul ca fiind important din punct de vedere strategic și a impus restricții la exportul său, provocând o anumită îngrijorare în țările consumatoare și provocând o creștere bruscă a prețului neodimului la 500 USD. Astăzi, prețul mediu pe kilogram de metal pur variază între 300-350 USD, oxizii de neodim sunt mai ieftini: 70-130 USD.
Există cazuri în care valoarea metalului a scăzut la 40 USD din cauza comerțului ilegal, ocolind restricțiile guvernului chinez. Incertitudinile legate de prețuri și disponibilitate au determinat companiile japoneze să dezvolte magneți permanenți și motoare electrice aferente cu mai puține elemente de pământ rare sau fără elemente rare.
