Նեոդիմը Nd նշանով և 60 ատոմային համարով քիմիական տարր է: Այն փափուկ, արծաթափայլ մետաղ է, որը մթագնում է օդում: Այն հայտնաբերել է ավստրիացի քիմիկոս Կարլ Աուեր ֆոն Ուելսբախը 1885 թվականին։ Նյութը զգալի քանակությամբ առկա է մոնազիտ ավազի հանքավայրերում և հանքային բաստնազիտում։
Պատմություն
Հազվագյուտ հողային մետաղի նեոդիմը հայտնաբերել է ավստրիացի քիմիկոս բարոն Կարլ Աուեր ֆոն Ուելսբախը Վիեննայում 1885 թվականին։ Գիտնականը դիդիմիում կոչվող նյութից մեկուսացրեց նոր նյութ (ինչպես նաև պրազեոդիմի տարրը)՝ ազոտական թթվից կրկնակի ամոնիումի նիտրատ տետրահիդրատի կոտորակային բյուրեղացման միջոցով՝ սպեկտրոսկոպիկ անալիզով բաժանվելուց հետո: Այնուամենայնիվ, մինչև 1925 թվականը հնարավոր չէր տարրը ստանալ իր մաքուր ձևով:
Մինչև 1940-ականների վերջը մետաղի արտադրության հիմնական առևտրային մեթոդը նիտրատների կրկնակի բյուրեղացումն էր: Մեթոդն անարդյունավետ է, իսկ ստացված նյութի քանակը քիչ է եղել։ Lindsay Chemical Division-ն առաջինն էր, որ սկսեց նեոդիմի լայնածավալ արտադրությունըիոնափոխանակման մաքրման մեթոդ. 1950-ական թվականներից ի վեր բարձր մաքրված (99%-ից բարձր) տարրը հիմնականում արտադրվել է իոնափոխանակման գործընթացով՝ հազվագյուտ հողերով հարուստ մոնազիտից՝ դրա հալոգենային աղերի էլեկտրոլիզով։
Ներկայումս մետաղական նեոդիմի մեծ մասը արդյունահանվում է բաստնեզիտից: Տեխնոլոգիաների առաջընթացը և մաքրման բարելավված մեթոդների զարգացումը ստիպել են այն լայնորեն կիրառվել արդյունաբերության մեջ։
Նկարագրություն
Քիմիական տարրը բնական ձեւով մետաղական ձևով չի հանդիպում, այն առանձնացված է դիդիմի նյութից, որում խառնվում է այլ լանթանիդների հետ (մասնավորապես՝ պրազեոդիմիումի հետ)։ Չնայած նեոդիմը դասակարգվում է որպես հազվագյուտ հողային մետաղ, այն բավականին տարածված տարր է, որը հանդիպում է առնվազն նույնքան հաճախ, որքան կոբալտը, նիկելը կամ պղինձը և լայնորեն տարածված է երկրակեղևում։ Նյութի մեծ մասը գալիս է Չինաստանից։
Նեոդիմի միացություններն առաջին անգամ օգտագործվել են որպես ապակու ներկանյութեր 1927 թվականին և շարունակում են մնալ հանրաճանաչ հավելում ակնոցի ոսպնյակների մեջ: Նեոդիմի միացությունների գույնը Nd3+ իոնների առկայության պատճառով հաճախ ունենում է կարմրավուն մանուշակագույն երանգ, բայց դա տատանվում է կախված լուսավորության տեսակից:
:
Դիմում
Նդոդիմիումով դոպավորված ոսպնյակներ օգտագործվում են լազերներում, որոնք արձակում են ինֆրակարմիր ճառագայթում 1047-ից 1062 նանոմետր ալիքի երկարությամբ: Դրանք օգտագործվում են չափազանց բարձր հզորությամբ համակարգերում, օրինակ՝ իներցիոն փորձերի ժամանակզսպում.
Nd:մետաղը օգտագործվում է նաև այլ բյուրեղների հետ (օրինակ՝ իտրիումի ալյումինե նռնաքար) Nd:YAG լազերներում: Այս կարգավորումը սովորաբար արձակում է 1064 նմ ալիքի երկարությամբ ինֆրակարմիր ճառագայթներ: Այն ամենից հաճախ օգտագործվող պինդ վիճակի լազերներից մեկն է։
Նեոդիմում մետաղի մեկ այլ կարևոր կիրառություն է որպես համաձուլվածքների ամրապնդող բաղադրիչ, որն օգտագործվում է հզոր, բարձր ամրության մշտական մագնիսներ պատրաստելու համար: Դրանք լայնորեն օգտագործվում են այնպիսի արտադրանքներում, ինչպիսիք են խոսափողները, պրոֆեսիոնալ բարձրախոսները, ականջակալները, բարձր արդյունավետությամբ DC շարժիչները, համակարգչային կոշտ սկավառակները, որտեղ պահանջվում է ցածր մագնիսական զանգված (ծավալ) կամ ուժեղ մագնիսական դաշտեր։
Խոշոր նեոդիմային մագնիսները օգտագործվում են բարձր հզորության և քաշի էլեկտրական շարժիչներում (օրինակ՝ հիբրիդային մեքենաներ) և գեներատորներում (օրինակ՝ ինքնաթիռների և հողմակայանի էլեկտրական գեներատորներում): Նաև տարրը օգտագործվում է որոշ համաձուլվածքներ կարծրացնելու համար: Օրինակ՝ տիտանն այս նյութի ընդամենը 1,5%-ն ավելացնելուց հետո մեկուկես անգամ ուժեղանում է։
Ֆիզիկական հատկություններ
Մետաղական նեոդիմը առկա է դասական միշմետալում (հազվագյուտ հողային տարրերի համաձուլվածք), որտեղ նրա կոնցենտրացիան սովորաբար կազմում է 18%: Մաքուր ձևով տարրը ունի փայլուն արծաթ-ոսկի մետաղական փայլ, բայց արագ օքսիդանում է սովորական օդում: Օքսիդային շերտ է ձևավորվում և շերտավորվում՝ մետաղը ենթարկելով հետագա օքսիդացման: Այսպիսով,Նյութի սանտիմետր նմուշն ամբողջությամբ օքսիդանում է մեկ տարվա ընթացքում։
Նեոդիմը սովորաբար գոյություն ունի երկու ալոտրոպ ձևերով՝ կրկնակի վեցանկյուն խորանարդ կառուցվածքից կենտրոնից կենտրոն փոխակերպմամբ։ Այն սկսում է հալվել 1024°C-ում և եռալ 3074°C-ում։ Նյութի խտությունը պինդ փուլում 7,01 գ/սմ է3, հեղուկ վիճակում՝ 6,89 գ/սմ3:
:
Ատոմային հատկություններ՝
- Օքսիդացման վիճակ՝ +4, +3, +2 (հիմնական օքսիդ):
- Էլեկտրաբացասականություն՝ 1, 14 (Հարցման սանդղակ).
- Ջերմային հաղորդունակություն՝ 16,5 W/(m K).
- Իոնացման էներգիա՝ 1: 533, 1 կՋ/մոլ, 2: 1040 կՋ/մոլ, 3: 2130 կՋ/մոլ:
- Ատոմի շառավիղ՝ 181 պիկոմետր։
Քիմիական հատկություններ
Մետաղական նեոդիմը դանդաղորեն աղտոտվում է օդում և հեշտությամբ այրվում է մոտ 150°C ջերմաստիճանում՝ առաջացնելով նեոդիմի (III) օքսիդ:
4Nd + 3O2 → 2-րդ2O3
Սա էլեկտրադրական տարր է: Այն դանդաղ արձագանքում է սառը ջրի հետ, բայց բավականին արագ՝ տաք ջրի հետ՝ առաջացնելով նեոդիմիումի (III) հիդրօքսիդ:
2Nd(ներ) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(գ)
Մետաղն ակտիվորեն փոխազդում է բոլոր հալոգենների հետ, հեշտությամբ լուծվում է նոսր ծծմբաթթվի մեջ՝ առաջացնելով լուծույթներ, որոնք պարունակում են մանուշակագույն Nd(III) իոն:
Արտադրություն
Նեոդիմային մետաղը բնության մեջ երբեք որպես ազատ տարր չի հանդիպում: Այն արդյունահանվում է այնպիսի հանքաքարերից, ինչպիսիք ենbastnäsite և monazite, որոնցում այն կապված է այլ լանթանիդների և այլ տարրերի հետ: Այս օգտակար հանածոների արդյունահանման հիմնական տարածքները գտնվում են Չինաստանում, ԱՄՆ-ում, Բրազիլիայում, Հնդկաստանում, Շրի Լանկայում և Ավստրալիայում: Փոքր հանքավայրեր են հետախուզվել նաև Ռուսաստանում։
Նեոդիմի պաշարները գնահատվում են մոտ 8 միլիոն տոննա։ Նրա կոնցենտրացիան երկրակեղևում կազմում է մոտ 38 մգ/կգ, ինչը հազվագյուտ հողային տարրերի մեջ ցերիումից հետո ամենաբարձրն է։ Մետաղների համաշխարհային արտադրությունը կազմում է մոտ 7000 տոննա։ Արտադրության հիմնական մասը պատկանում է Չինաստանին։ ՉԺՀ կառավարությունը վերջերս ճանաչեց տարրը որպես ռազմավարական կարևորություն և սահմանափակումներ մտցրեց դրա արտահանման վրա՝ որոշակի անհանգստություն առաջացնելով սպառողների երկրներում և առաջացնելով նեոդիմի գնի կտրուկ բարձրացում մինչև $500: Այսօր մաքուր մետաղի մեկ կիլոգրամի միջին գինը տատանվում է 300-350 դոլարի սահմաններում, նեոդիմի օքսիդներն ավելի էժան են՝ 70-130 դոլար։
Լինում են դեպքեր, երբ մետաղի արժեքը ապօրինի առևտրի պատճառով ընկել է մինչև 40 դոլար՝ շրջանցելով Չինաստանի կառավարության սահմանափակումները։ Գների և մատչելիության անորոշությունները ճապոնական ընկերություններին ստիպել են մշակել մշտական մագնիսներ և հարակից էլեկտրական շարժիչներ՝ քիչ կամ առանց հազվագյուտ հողային տարրերով:
