Neodim je kemijski element sa simbolom Nd i atomskim brojem 60. To je mekani, srebrnasti metal koji tamni na zraku. Otkrio ga je 1885. austrijski kemičar Carl Auer von Welsbach. Tvar je prisutna u značajnim količinama u naslagama monazitnog pijeska i u mineralu bastnäsite.
Povijest
Rijetki zemni metal neodim je otkrio austrijski kemičar barun Karl Auer von Welsbach u Beču 1885. godine. Znanstvenik je izolirao novu tvar (kao i element prazeodim) iz materijala poznatog kao didim frakcijskom kristalizacijom dvostrukog amonijevog nitrata tetrahidrata iz dušične kiseline, nakon odvajanja spektroskopskom analizom. Međutim, sve do 1925. nije bilo moguće dobiti element u njegovom najčišćem obliku.
Do kasnih 1940-ih, glavna komercijalna metoda za proizvodnju metala bila je dvostruka kristalizacija nitrata. Metoda je neučinkovita, a količina dobivene tvari bila je mala. Lindsay Chemical Division bio je prvi koji je pokrenuo veliku proizvodnju neodimametoda pročišćavanja ionskom izmjenom. Od 1950-ih, visoko pročišćeni (iznad 99%) element uglavnom se proizvodi postupkom ionske izmjene iz monazita bogatog rijetkim zemljama elektrolizom njegovih halogenih soli.
Trenutno se većina metalnog neodima ekstrahira iz bastnäsite. Napredak u tehnologiji i razvoj poboljšanih metoda čišćenja učinili su da se široko koristi u industriji.
Opis
Kemijski element se ne pojavljuje u prirodi u metalnom obliku, on je odvojen od tvari didimija, u kojoj je pomiješan s drugim lantanidima (osobito s prazeodimijem). Iako je neodim klasificiran kao rijetki zemni metal, on je prilično čest element, pojavljuje se barem jednako često kao kob alt, nikal ili bakar, a široko je rasprostranjen u zemljinoj kori. Većina tvari dolazi iz Kine.
Spojevi neodima prvi su se komercijalno koristili kao bojila za staklo 1927. godine i ostaju popularni aditivi u naočalnim lećama. Boja neodimijskih spojeva zbog prisutnosti iona Nd3+ često ima crvenkasto-ljubičastu nijansu, ali to varira ovisno o vrsti rasvjete.
Prijava
Leće dopirane Ndodimijem koriste se u laserima koji emitiraju infracrveno zračenje s valnim duljinama između 1047 i 1062 nanometra. Koriste se u sustavima iznimno velike snage, na primjer, u pokusima na inercijizadržavanje.
Nd:metal također se koristi s drugim kristalima (kao što je itrij aluminij granat) u Nd:YAG laserima. Ova postavka obično emitira infracrvene zrake valne duljine od oko 1064 nm. To je jedan od najčešće korištenih lasera na čvrstom stanju.
Još jedna važna upotreba metala neodima je kao komponenta za pojačanje u legurama koje se koriste za izradu snažnih trajnih magneta visoke čvrstoće. Široko se koriste u proizvodima kao što su mikrofoni, profesionalni zvučnici, slušalice za umetanje u uho, DC motori visokih performansi, tvrdi diskovi računala, gdje je potrebna niska magnetska masa (volumen) ili jaka magnetska polja.
Veliki neodimijski magneti koriste se u električnim motorima velike snage i težine (npr. hibridni automobili) i generatorima (npr. električni generatori zrakoplova i vjetroelektrana). Također, element se koristi za stvrdnjavanje nekih legura. Na primjer, titan postaje jedan i pol puta jači nakon dodavanja samo 1,5% ove tvari.
Fizička svojstva
Metalni neodim je prisutan u klasičnom mischmetalu (legura rijetkih zemnih elemenata), gdje je njegova koncentracija obično reda veličine 18%. U svom čistom obliku, element ima svijetli srebrno-zlatni metalni sjaj, ali brzo oksidira u običnom zraku. Sloj oksida se formira i ljušti, izlažući metal daljnjoj oksidaciji. Tako,centimetarski uzorak tvari potpuno je oksidiran unutar godine dana.
Neodim obično postoji u dva alotropska oblika, s transformacijom od centra do centra iz dvostruke heksagonalne kubične strukture. Počinje se topiti na 1024°C i ključati na 3074°C. Gustoća tvari u čvrstoj fazi je 7,01 g/cm3, u tekućem stanju je 6,89 g/cm3.
Atomska svojstva:
- Oksidacijsko stanje: +4, +3, +2 (osnovni oksid).
- Elektronegativnost: 1, 14 (skala glasanja).
- Toplinska vodljivost: 16,5 W/(m K).
- Energija ionizacije: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radijus atoma: 181 pikometar.
Kemijska svojstva
Metal neodim polako tamni na zraku i lako gori na oko 150°C stvarajući neodim (III) oksid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Ovo je elektropozitivni element. Polagano reagira s hladnom vodom, ali prilično brzo s vrućom, tvoreći neodim (III) hidroksid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metal snažno reagira sa svim halogenima, lako se otapa u razrijeđenoj sumpornoj kiselini da nastane otopine koje sadrže ljubičasti Nd(III) ion.
Proizvodnja
Neodim se nikada ne pojavljuje kao slobodan element u prirodi. Iskopava se iz ruda kao nprbastnäsite i monazit, u kojima je povezan s drugim lantanidima i drugim elementima. Glavna područja rudarenja ovih minerala nalaze se u Kini, SAD-u, Brazilu, Indiji, Šri Lanki i Australiji. Mala ležišta su također istražena u Rusiji.
Zalihe neodima procjenjuju se na oko 8 milijuna tona. Njegova koncentracija u Zemljinoj kori iznosi oko 38 mg/kg, što je drugi najveći među elementima rijetkih zemalja nakon cerija. Svjetska proizvodnja metala iznosi oko 7000 tona. Glavni dio proizvodnje pripada Kini. Vlada NRK-a je nedavno prepoznala ovaj element kao strateški važan i nametnula ograničenja na njegov izvoz, što je izazvalo određenu zabrinutost u zemljama potrošačima i izazvalo nagli porast cijene neodima na 500 dolara. Danas prosječna cijena po kilogramu čistog metala varira između 300-350 USD, neodimijevi oksidi su jeftiniji: 70-130 USD.
Postoje slučajevi kada je vrijednost metala pala na 40 dolara zbog ilegalne trgovine, zaobilazeći ograničenja kineske vlade. Nesigurnost cijena i dostupnosti navela je japanske tvrtke da razviju trajne magnete i povezane električne motore s manje ili bez elemenata rijetkih zemalja.
