نئودیمیم یک عنصر شیمیایی با نماد Nd و عدد اتمی 60 است. این فلز نرم و نقره ای است که در هوا کدر می شود. در سال 1885 توسط شیمیدان اتریشی کارل اور فون ولسباخ کشف شد. این ماده به مقدار قابل توجهی در رسوبات ماسه مونازیت و در معدنی باستناسیت وجود دارد.
تاریخ
فلز خاکی کمیاب نئودیمیم توسط شیمیدان اتریشی بارون کارل اوئر فون ولسباخ در سال 1885 در وین کشف شد. این دانشمند پس از جداسازی با تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی، ماده جدیدی (و همچنین عنصر پرازئودیمیم) را از ماده‌ای به نام دیدیمیم با کریستالیزاسیون جزئی تتراهیدرات نیترات آمونیوم مضاعف از اسید نیتریک جدا کرد. با این حال، تا سال 1925 امکان به دست آوردن عنصر در خالص ترین شکل آن وجود نداشت.
تا اواخر دهه 1940، روش تجاری اصلی برای تولید فلز، تبلور مضاعف نیترات ها بود. روش بی اثر است و مقدار ماده به دست آمده کم بود. بخش شیمیایی لیندزی اولین شرکتی بود که تولید نئودیمیم در مقیاس بزرگ را آغاز کردروش خالص سازی تبادل یونی از دهه 1950، عنصر بسیار خالص شده (بیش از 99٪) عمدتاً توسط فرآیند تبادل یونی از مونازیت غنی از خاک کمیاب با الکترولیز نمک های هالید آن تولید می شود.
در حال حاضر، بیشتر نئودیمیم فلزی از باستناسیت استخراج می شود. پیشرفت در تکنولوژی و توسعه روش های تمیز کردن بهبود یافته باعث شده است که آن را به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار گیرد.
شرح
عنصر شیمیایی به طور طبیعی به شکل فلزی وجود ندارد، از ماده دیدیمیوم جدا شده است که در آن با سایر لانتانیدها (به ویژه با پرازئودیمیم) مخلوط می شود. اگرچه نئودیمیم به عنوان یک فلز خاکی کمیاب طبقه بندی می شود، اما عنصر نسبتاً رایجی است که حداقل به اندازه کبالت، نیکل یا مس یافت می شود و به طور گسترده در پوسته زمین پخش می شود. بیشتر این ماده از چین می آید.
ترکیبات نئودیمیم برای اولین بار در سال 1927 به عنوان رنگ های شیشه ای به صورت تجاری مورد استفاده قرار گرفت و همچنان یک افزودنی محبوب در عدسی های عینک باقی مانده است. رنگ ترکیبات نئودیمیم به دلیل وجود یون‌های Nd3+ اغلب دارای رنگ بنفش مایل به قرمز است، اما این رنگ بسته به نوع نور متفاوت است.
برنامه
لنزهای دوپ شده با Ndodymium در لیزرهایی استفاده می شود که تابش مادون قرمز با طول موج بین 1047 تا 1062 نانومتر ساطع می کنند. آنها در سیستم هایی با توان بسیار بالا، به عنوان مثال، در آزمایشات اینرسی استفاده می شوندمهار.
Nd:فلز همچنین با کریستال های دیگر (مانند گارنت آلومینیوم ایتریوم) در لیزرهای Nd:YAG استفاده می شود. این تنظیم معمولاً پرتوهای مادون قرمز با طول موج حدود 1064 نانومتر ساطع می کند. این یکی از پرکاربردترین لیزرهای حالت جامد است.
یکی دیگر از کاربردهای مهم فلز نئودیمیم به عنوان یک جزء تقویت کننده در آلیاژهای مورد استفاده برای ساخت آهنرباهای دائمی قدرتمند و با استحکام بالا است. آنها به طور گسترده در محصولاتی مانند میکروفون ها، بلندگوهای حرفه ای، هدفون های داخل گوشی، موتورهای DC با کارایی بالا، هارد دیسک های کامپیوتری، جایی که جرم مغناطیسی کم (حجم) یا میدان های مغناطیسی قوی مورد نیاز است، استفاده می شود.
آهنرباهای نئودیمیوم بزرگ در موتورهای الکتریکی با قدرت و وزن بالا (مانند خودروهای هیبریدی) و ژنراتورها (مانند ژنراتورهای الکتریکی هواپیما و مزارع بادی) استفاده می شوند. همچنین از این عنصر برای سخت شدن برخی آلیاژها استفاده می شود. برای مثال، تیتانیوم پس از افزودن تنها 1.5 درصد از این ماده، یک و نیم برابر قوی‌تر می‌شود.
خواص فیزیکی
نئودیمیم فلزی در میشمتال کلاسیک (آلیاژی از عناصر خاکی کمیاب) وجود دارد، جایی که غلظت آن معمولاً در حدود 18٪ است. در شکل خالص خود، این عنصر دارای درخشش فلزی نقره ای طلایی است، اما به سرعت در هوای معمولی اکسید می شود. یک لایه اکسید تشکیل شده و پوسته پوسته می شود و فلز را در معرض اکسیداسیون بیشتر قرار می دهد. بدین ترتیب،نمونه سانتی متری ماده در عرض یک سال کاملا اکسید می شود.
نئودیمیم معمولاً به دو شکل آلوتروپیک، با تبدیل مرکز به مرکز از یک ساختار مکعبی دوگانه شش ضلعی وجود دارد. در دمای 1024 درجه سانتیگراد شروع به ذوب شدن می کند و در 3074 درجه سانتیگراد می جوشد. چگالی ماده در فاز جامد 7.01 گرم در سانتی متر است3، در حالت مایع 6.89 g/cm3.
است.
خواص اتمی:
- وضعیت اکسیداسیون: +4، +3، +2 (اکسید پایه).
- الکترونی منفی: 1، 14 (مقیاس نظرسنجی).
- رسانایی حرارتی: 16.5 W/(m K).
- انرژی یونیزاسیون: 1: 533، 1 کیلوژول بر مول، 2: 1040 کیلوژول بر مول، 3: 2130 کیلوژول بر مول.
- شعاع اتم: 181 پیکومتر.
خواص شیمیایی
فلز نئودیمیم به آرامی در هوا کدر می شود و به راحتی در دمای 150 درجه سانتیگراد می سوزد و اکسید نئودیمیم (III) را تشکیل می دهد:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
این عنصر الکترو مثبت است. با آب سرد به آرامی واکنش نشان می دهد، اما به سرعت با آب گرم واکنش نشان می دهد و هیدروکسید نئودیمیم (III) را تشکیل می دهد:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
این فلز به شدت با همه هالوژن ها واکنش می دهد، به راحتی در اسید سولفوریک رقیق حل می شود و محلول هایی تشکیل می دهد که حاوی یون بنفش Nd(III) است.
تولید
فلز نئودیمیم هرگز به عنوان یک عنصر آزاد در طبیعت وجود ندارد. استخراج آن از سنگ معدن هایی مانندباستناسیت و مونازیت، که در آن با سایر لانتانیدها و سایر عناصر مرتبط است. مناطق اصلی استخراج این مواد معدنی در چین، ایالات متحده آمریکا، برزیل، هند، سریلانکا و استرالیا قرار دارد. ذخایر کوچک نیز در روسیه کاوش شده است.
ذخایر نئودیمیم حدود ۸ میلیون تن تخمین زده می شود. غلظت آن در پوسته زمین حدود 38 میلی گرم بر کیلوگرم است که در میان عناصر کمیاب خاکی بعد از سریم، بیشترین میزان را دارد. تولید جهانی فلز حدود 7000 تن است. بخش عمده تولید متعلق به چین است. دولت جمهوری خلق چین اخیراً این عنصر را از نظر استراتژیک مهم تشخیص داد و محدودیت هایی را بر صادرات آن اعمال کرد که باعث نگرانی کشورهای مصرف کننده و افزایش شدید قیمت نئودیمیم به 500 دلار شد. امروزه، میانگین قیمت هر کیلوگرم فلز خالص بین 300-350 دلار متغیر است، اکسیدهای نئودیمیم ارزان تر هستند: 70-130 دلار.
مواردی وجود دارد که ارزش این فلز به دلیل تجارت غیرقانونی با دور زدن محدودیت های دولت چین به 40 دلار کاهش یافت. عدم قطعیت قیمت و در دسترس بودن، شرکت‌های ژاپنی را به ایجاد آهنرباهای دائمی و موتورهای الکتریکی مرتبط با عناصر خاکی کمیاب یا بدون عناصر خاکی کمیاب سوق داده است.
