Neodīms ir ķīmisks elements ar simbolu Nd un atomskaitli 60. Tas ir mīksts, sudrabains metāls, kas aptraipās gaisā. To 1885. gadā atklāja austriešu ķīmiķis Karls Auers fon Velsbahs. Viela ievērojamos daudzumos atrodas monacīta smilšu atradnēs un minerālā bastnäsītā.
Vēsture
Retzemju metālu neodīmu 1885. gadā Vīnē atklāja austriešu ķīmiķis barons Karls Auers fon Velsbahs. Zinātnieks izdalīja jaunu vielu (kā arī elementu prazeodīmu) no materiāla, kas pazīstams kā didīms, frakcionējot divkāršā amonija nitrāta tetrahidrāta kristalizāciju no slāpekļskābes, pēc atdalīšanas ar spektroskopisko analīzi. Tomēr līdz 1925. gadam nebija iespējams iegūt elementu tīrākajā veidā.
Līdz 1940. gadu beigām galvenā komerciālā metāla ražošanas metode bija nitrātu dubultā kristalizācija. Metode ir neefektīva, un iegūtās vielas daudzums bija neliels. Lindsay Chemical Division bija pirmā, kas sāka liela mēroga neodīma ražošanujonu apmaiņas attīrīšanas metode. Kopš 1950. gadiem augsti attīrīts (virs 99%) elements galvenokārt ir iegūts jonu apmaiņas procesā no retzemju monacīta, izmantojot tā halogenīdu sāļu elektrolīzi.
Šobrīd lielākā daļa metāliskā neodīma tiek iegūta no bastnäsīta. Tehnoloģiju attīstība un uzlabotu tīrīšanas metožu attīstība ir padarījusi to plaši izmantotu rūpniecībā.
Apraksts
Ķīmiskais elements dabā nerodas metāliskā formā, tas ir atdalīts no vielas didīma, kurā tas ir sajaukts ar citiem lantanīdiem (jo īpaši ar prazeodīmu). Lai gan neodīms tiek klasificēts kā retzemju metāls, tas ir diezgan izplatīts elements, kas sastopams vismaz tikpat bieži kā kob alts, niķelis vai varš, un ir plaši izplatīts zemes garozā. Lielākā daļa vielas nāk no Ķīnas.
Neodīma savienojumi pirmo reizi tika komerciāli izmantoti kā stikla krāsvielas 1927. gadā un joprojām ir populāra piedeva briļļu lēcām. Neodīma savienojumu krāsai Nd3+ jonu klātbūtnes dēļ bieži ir sarkanīgi violeta nokrāsa, taču tas mainās atkarībā no apgaismojuma veida.
Pieteikums
Lēcas, kas leģētas ar ndodīmu, tiek izmantotas lāzeros, kas izstaro infrasarkano starojumu ar viļņu garumu no 1047 līdz 1062 nanometriem. Tos izmanto sistēmās ar ārkārtīgi lielu jaudu, piemēram, eksperimentos ar inerciierobežošana.
Nd:metāls tiek izmantots arī kopā ar citiem kristāliem (piemēram, itrija alumīnija granātu) Nd:YAG lāzeros. Šis uzstādījums parasti izstaro infrasarkanos starus ar viļņa garumu aptuveni 1064 nm. Tas ir viens no visbiežāk izmantotajiem cietvielu lāzeriem.
Vēl viens svarīgs neodīma metāla lietojums ir kā pastiprinoša sastāvdaļa sakausējumos, ko izmanto spēcīgu, augstas stiprības pastāvīgo magnētu izgatavošanai. Tos plaši izmanto tādos produktos kā mikrofoni, profesionālie skaļruņi, ausīs ievietojamas austiņas, augstas veiktspējas līdzstrāvas motori, datoru cietie diski, kur nepieciešama maza magnētiskā masa (tilpums) vai spēcīgi magnētiskie lauki.
Lieli neodīma magnēti tiek izmantoti lielas jaudas un svara elektromotoros (piemēram, hibrīdautomobiļos) un ģeneratoros (piemēram, lidmašīnu un vēja parku elektriskajos ģeneratoros). Arī elements tiek izmantots dažu sakausējumu sacietēšanai. Piemēram, titāns kļūst pusotru reizi stiprāks, pievienojot tikai 1,5% šīs vielas.
Fizikālās īpašības
Metāliskais neodīms ir sastopams klasiskajā mischmetālā (retzemju elementu sakausējumā), kur tā koncentrācija parasti ir aptuveni 18%. Tīrā veidā elementam ir spilgti sudraba-zelta metālisks spīdums, bet tas ātri oksidējas parastajā gaisā. Veidojas un atslāņojas oksīda slānis, pakļaujot metālu tālākai oksidācijai. Tādējādicentimetru paraugs vielas pilnībā oksidējas gada laikā.
Neodīms parasti pastāv divās allotropās formās, pārveidojot no centra uz centru no dubultas sešstūrainas kubiskās struktūras. Tas sāk kust 1024°C un vārās 3074°C. Vielas blīvums cietā fāzē ir 7,01 g/cm3, šķidrā stāvoklī ir 6,89 g/cm3.
Atomu īpašības:
- Oksidācijas stāvoklis: +4, +3, +2 (bāzes oksīds).
- Elektronegativitāte: 1, 14 (aptaujas skala).
- Siltumvadītspēja: 16,5 W/(m K).
- Jonizācijas enerģija: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Atoma rādiuss: 181 pikometrs.
Ķīmiskās īpašības
Metāla neodīms lēni aptraipās gaisā un viegli sadedzina aptuveni 150°C temperatūrā, veidojot neodīma(III) oksīdu:
4. d. + 3O2 → 2. d.2O3
Šis ir elektropozitīvs elements. Tas lēni reaģē ar aukstu ūdeni, bet diezgan ātri ar karstu ūdeni, veidojot neodīma (III) hidroksīdu:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metāls enerģiski reaģē ar visiem halogēniem, viegli šķīst atšķaidītā sērskābē, veidojot šķīdumus, kas satur violeto Nd(III) jonu.
Ražošana
Neodīma metāls dabā nekad nav sastopams kā brīvs elements. To iegūst no rūdām, piemēram,bastnēzīts un monazīts, kurā tas ir saistīts ar citiem lantanīdiem un citiem elementiem. Galvenās šo derīgo izrakteņu ieguves vietas atrodas Ķīnā, ASV, Brazīlijā, Indijā, Šrilankā un Austrālijā. Nelielas atradnes ir izpētītas arī Krievijā.
Neodīma rezerves tiek lēstas aptuveni 8 miljonu tonnu apmērā. Tā koncentrācija Zemes garozā ir aptuveni 38 mg/kg, kas ir otra augstākā starp retzemju elementiem aiz cērija. Pasaules metāla produkcija ir aptuveni 7000 tonnu. Galvenā produkcijas daļa pieder Ķīnai. ĶTR valdība nesen atzina šo elementu par stratēģiski svarīgu un ieviesa ierobežojumus tā eksportam, radot zināmas bažas patērētājvalstīs un izraisot strauju neodīma cenas pieaugumu līdz 500 USD. Mūsdienās vidējā cena par kilogramu tīra metāla svārstās no 300 līdz 350 USD, neodīma oksīdi ir lētāki: USD 70–130.
Ir gadījumi, kad nelegālās tirdzniecības dēļ, apejot Ķīnas valdības ierobežojumus, metāla vērtība nokritās līdz 40 dolāriem. Cenu un pieejamības neskaidrību dēļ Japānas uzņēmumi ir izstrādājuši pastāvīgos magnētus un saistītos elektromotorus ar mazāku retzemju elementu skaitu vai bez tiem.
