Maagiline haruldane muldmetall: „Püsimagnetite kuningas” – neodüüm

bastnasiit

Neodüüm, aatomnumber 60, aatommass 144,24, sisaldusega maakoores 0,00239%, esineb peamiselt monasiidis ja bastnesiidis. Looduses on seitse neodüümi isotoopi: neodüüm 142, 143, 144, 145, 146, 148 ja 150, millest neodüüm 142 on kõige suurema sisaldusega. Praseodüümi sünniga tekkis neodüüm. Neodüümi saabumine aktiveeris haruldaste muldmetallide valdkonna ja mängis selles olulist rolli. See mõjutab haruldaste muldmetallide turgu.

Neodüümi avastamine

Karl Orvon Welsbach (1858–1929), neodüümi avastaja

1885. aastal avastas Austria keemik Carl Orvon Welsbach (Carl Auer von Welsbach) Viinis neodüümi. Ta eraldas neodüümi ja praseodüümi sümmeetrilistest neodüümmaterjalidest, eraldades ja kristalliseerides lämmastikhappest ammooniumnitraadi tetrahüdraati ning samal ajal eraldades spektraalanalüüsi abil, kuid suhteliselt puhtal kujul ei eraldatud seda enne 1925. aastat.

Alates 1950. aastatest on kõrge puhtusastmega neodüümi (üle 99%) saadud peamiselt monasiidi ioonvahetusprotsessi abil. Metall ise saadakse selle halogeniidsoola elektrolüüsi teel. Praegu ekstraheeritakse suurem osa neodüümist basta-nathaniidist (Ce,La,Nd,Pr)CO3F-ist ja puhastatakse lahustiekstraktsiooni teel. Ioonvahetuspuhastus tagab selle kõrgeima puhtuse (tavaliselt > 99,99%) valmistamise jaoks. Kuna ajastul, mil tootmine sõltus astmelise kristalliseerimise tehnoloogiast, oli praseodüümi viimaseid jälgi raske eemaldada, oli 1930. aastatel toodetud varajasel neodüümklaasil puhtam lilla värvus ja punasem või oranžim värvitoon kui tänapäevasel versioonil.

Neodüümmetall

Metallilisel neodüümil on särav hõbedane metallik läige, sulamistemperatuur 1024 °C, tihedus 7,004 g/cm³ ja paramagnetism. Neodüüm on üks aktiivsemaid haruldasi muldmetalle, mis oksüdeerub ja tumeneb õhus kiiresti, seejärel moodustab oksiidikihi ja koorub maha, paljastades metalli edasisele oksüdeerumisele. Seetõttu oksüdeerub ühe sentimeetri suurune neodüümi proov täielikult ühe aasta jooksul. See reageerib külmas vees aeglaselt ja kuumas vees kiiresti.

Neodüümi elektrooniline konfiguratsioon

Elektrooniline konfiguratsioon:

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

Neodüümi laseri jõudlus tuleneb 4f orbitaalsete elektronide üleminekust erinevate energiatasemete vahel. Seda lasermaterjali kasutatakse laialdaselt kommunikatsioonis, info salvestamisel, meditsiinis, mehaanikas jne. Nende hulgas on ütriumalumiiniumgranaat Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) laialdaselt kasutusel suurepärase jõudlusega ning Nd-dopeeritud gadoliinium-skandium-galliumgranaat suurema efektiivsusega.

Neodüümi pealekandmine

Neodüümi suurim kasutaja on NdFeB püsimagnetmaterjal. NdFeB magnetit nimetatakse oma suure magnetilise energia tõttu "püsimagnetite kuningaks". Oma suurepärase jõudluse tõttu kasutatakse seda laialdaselt elektroonikas, masinaehituses ja muudes tööstusharudes. Francis Wall, rakendusliku kaevandamise professor Cumberlandi mäetööstuskoolis Exeteri ülikoolis Ühendkuningriigis, ütles: "Magnetitest ei ole tegelikult midagi, mis suudaks neodüümiga võistelda." Alfa-magnetspektromeetri edukas väljatöötamine näitab, et NdFeB-magnetite magnetilised omadused Hiinas on jõudnud maailmatasemele.

Neodüümmagnet kõvakettal

Neodüümi saab kasutada keraamika, erkpunase klaasi, laseris tehisrubiini ja spetsiaalse infrapunakiiri filtreeriva klaasi valmistamiseks. Koos praseodüümiga kasutatakse seda klaasipuhujate kaitseprillide valmistamiseks.

1,5–2,5% nano-neodüümoksiidi lisamine magneesiumi- või alumiiniumisulamisse võib parandada sulami kõrge temperatuuritaluvust, õhutihedust ja korrosioonikindlust ning seda kasutatakse laialdaselt lennundusmaterjalina.

Nano-ütriumalumiiniumgranaat, mis on legeeritud nano-neodüümoksiidiga, tekitab lühilainelise laserkiire, mida kasutatakse laialdaselt alla 10 mm paksuste õhukeste materjalide keevitamiseks ja lõikamiseks tööstuses.

Nd:YAG laservarras

Meditsiinilises ravis kasutatakse kirurgiliste haavade eemaldamiseks või desinfitseerimiseks kirurgiliste nugade asemel nano-neodüümoksiidiga legeeritud nano-ütriumalumiiniumgranaadi laserit.

Neodüümklaasi valmistatakse neodüümoksiidi lisamisega sulaklaasi. Päikesevalguse või hõõglambi all ilmub neodüümklaasis tavaliselt lavendel, kuid luminofoorlambi valguses ilmub helesinine. Neodüümi saab kasutada õrnade klaasitoonide, näiteks puhta violetse, veinipunase ja sooja halli värvimiseks.

neodüümklaas

Teaduse ja tehnoloogia arengu ning haruldaste muldmetallide teaduse ja tehnoloogia laienemise ja laienemisega on neodüümil laiem kasutusruum.