Magický prvok vzácnych zemín: „Kráľ permanentných magnetov“ – neodým

bastnasit

Neodým s atómovým číslom 60 a atómovou hmotnosťou 144,24, s obsahom 0,00239 % v kôre, sa vyskytuje najmä v monazite a bastnaezite. V prírode existuje sedem izotopov neodýmu: neodým 142, 143, 144, 145, 146, 148 a 150, z ktorých neodým 142 má najvyšší obsah. S príchodom prazeodymu vznikol aj neodým. Príchod neodýmu aktivoval oblasť vzácnych zemín a zohral v nej dôležitú úlohu a ovplyvnil trh so vzácnymi zeminami.

Objav neodýmu

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), objaviteľ neodýmu

V roku 1885 objavil rakúsky chemik Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach vo Viedni neodým. Oddelil neodým a prazeodým zo symetrických neodýmových materiálov oddelením a kryštalizáciou tetrahydrátu dusičnanu amónneho z kyseliny dusičnej a zároveň ich oddelil spektrálnou analýzou, ale v relatívne čistej forme sa mu podarilo oddeliť ho až v roku 1925.

Od 50. rokov 20. storočia sa vysoko čistý neodým (viac ako 99 %) získaval prevažne iónovou výmenou v monazite. Samotný kov sa získava elektrolýzou jeho halogenidovej soli. V súčasnosti sa väčšina neodýmu extrahuje z (Ce,La,Nd,Pr)CO3F v basta nathanite a čistí sa extrakciou rozpúšťadlom. Čistenie iónovou výmenou si vyhradzuje najvyššiu čistotu (zvyčajne > 99,99 %) na ďalšiu prípravu. Pretože je ťažké odstrániť posledné stopy prazeodymu v dobe, keď výroba závisela od technológie postupnej kryštalizácie, skoré neodýmové sklo vyrobené v 30. rokoch 20. storočia malo čistejšiu fialovú farbu a červenší alebo oranžovejší odtieň ako moderná verzia.

Neodýmový kov

Kovový neodým má jasný strieborný kovový lesk, bod topenia 1024 °C, hustotu 7,004 g/cm3 a paramagnetizmus. Neodým je jeden z najaktívnejších kovov vzácnych zemín, ktorý na vzduchu rýchlo oxiduje a tmavne, potom vytvorí oxidovú vrstvu a následne sa odlupuje, čím vystaví kov ďalšej oxidácii. Vzorka neodýmu s veľkosťou jedného centimetra sa preto úplne oxiduje do jedného roka. V studenej vode reaguje pomaly a v horúcej rýchlo.

Neodýmová elektronická konfigurácia

Elektronická konfigurácia:

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

Laserový výkon neodýmu je spôsobený prechodom 4f orbitálnych elektrónov medzi rôznymi energetickými hladinami. Tento laserový materiál sa široko používa v komunikácii, ukladaní informácií, lekárskej starostlivosti, obrábaní atď. Medzi nimi sa široko používa ytriovo-hliníkový granát Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) s vynikajúcim výkonom a Nd-dopovaný gadolíniovo-skandiovo-gáliumový granát s vyššou účinnosťou.

Aplikácia neodýmu

Najväčším používateľom neodýmu je permanentný magnetický materiál NdFeB. Magnet NdFeB sa kvôli svojej vysokej magnetickej energii nazýva „kráľom permanentných magnetov“. Vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu sa široko používa v elektronike, strojárstve a iných odvetviach. Francis Wall, profesor aplikovaného baníctva na Cumberland School of Baning, University of Exeter, povedal: „Pokiaľ ide o magnety, v skutočnosti neexistuje nič, čo by mohlo konkurovať neodýmu. Úspešný vývoj alfa magnetického spektrometra naznačuje, že magnetické vlastnosti magnetov NdFeB v Číne dosiahli svetovú úroveň.“

Neodýmový magnet na pevnom disku

Neodým sa môže použiť na výrobu keramiky, jasne fialového skla, umelého rubínu v laseri a špeciálneho skla, ktoré dokáže filtrovať infračervené lúče. Používa sa spolu s prazeodýmom na výrobu ochranných okuliarov pre sklárov.

Pridanie 1,5 % až 2,5 % nanooxidu neodýmu do horčíkovej alebo hliníkovej zliatiny môže zlepšiť výkon pri vysokých teplotách, vzduchotesnosť a odolnosť zliatiny voči korózii a je široko používaná ako letecký materiál.

Nano-ytriový hliníkový granát dopovaný nano-neodýmovým oxidom produkuje krátkovlnný laserový lúč, ktorý sa v priemysle široko používa na zváranie a rezanie tenkých materiálov s hrúbkou menšou ako 10 mm.

Nd:YAG laserová tyč

V lekárskej starostlivosti sa na odstraňovanie chirurgických rán alebo dezinfekciu rán namiesto chirurgických nožov používa nano ytriovo-hliníkový granátový laser dopovaný nano oxidom neodýmu.

Neodýmové sklo sa vyrába pridaním oxidu neodýmu do sklovitej taveniny. Levanduľová farba sa v neodýmovom skle zvyčajne objaví pod slnečným svetlom alebo žiarovkou, ale svetlomodrá sa objaví pod osvetlením žiarivkou. Neodým sa dá použiť na farbenie jemných odtieňov skla, ako je čisto fialová, vínovo červená a teplá sivá.

neodýmové sklo

S rozvojom vedy a techniky a rozširovaním a rozširovaním vedy a techniky vzácnych zemín bude mať neodým širší priestor na využitie.