Неодим — металл с атомным номером 60, принадлежащий к лантаноидному ряду металлов периодической таблицы. Название «Неодим» происходит от греческого слова «неос дидимос», что означает «новый близнец». Неодим — это редкоземельный металл, который вместе с железом и бором используется для создания мощных постоянных магнитов , которые называются магнитами NdFeB. Это важный элемент, обладающий некоторыми свойствами, которые делают его полезным для ряда различных применений.
Неодим применяется в электронных компонентах и деталях компьютеров; он используется в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ) и в качестве кристалла в лазерах. Элемент был открыт австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом в 1885 году, позже ему было присвоено обозначение Nd. В этом посте обсуждается естественное возникновение и производство чистого металлического неодима, его свойства и использование в повседневной жизни.
Свойства редкоземельного элемента неодима
Неодим — пластичный и ковкий металл серебристо-белого цвета. Было показано, что ламент обладает сильными парамагнитными свойствами и антиферромагнитно упорядочивается при температурах -165 °C и -250°C, демонстрируя развитие отдельных спонтанных магнитных моментов на разных независимых участках, которые имеют кубическую и гексагональную форму. Он имеет высокую удельную теплоемкость, что делает его полезным в криокулерах.
В настоящее время охарактеризован 31 радиоактивный изотоп неодима, исключая ядерные изомеры неодима. Они имеют период полураспада от 0,65 секунды до 7,9 × 1018 лет. Наименьшее значение имеет неодим-125, а наибольшее — неодим-150. Элемент имеет атомный вес 144,24 г, плавится при температуре 1020 °С с температурой кипения 3075 °С и имеет степени окисления +2 (редко и нестабильно) и +3.
Химически неодим легко подвергается окислению в присутствии воздуха с образованием оксида Nd2O3. Он также расслаивается, подвергая его дальнейшему окислению. По этой причине лучше всего хранить металл в пластике и держать его закрытым в вакууме или инертной атмосфере. Также было показано, что неодим медленно реагирует с минеральными кислотами, за исключением плавиковой кислоты (HF).
Обнаружение и производство редкоземельного неодима
Хотя неодим в природе встречается в земной коре, он не так распространен, как большинство других элементов. Он встречается в металлической форме, в основном в концентрации около 18%. Из всех редкоземельных металлов более распространены, чем неодим, только иттрий, лантан и церий. В земной коре неодима в два раза больше, чем свинца; это также примерно вдвое меньше, чем природной меди.
Элемент неодим встречается в минералах монаците и бастназите и является продуктом ядерного деления. При выделении и очистке неодима обычно используются методы разделения жидкость-жидкость или ионообмен. Металл получают электролизом плавленых галогенидов металла. Альтернативным методом является металлотермическое восстановление фторида кальцием.
Использование редкоземельного элемента неодима
- Основное применение неодима – производство высокопрочных постоянных магнитов на основе Nd2Fe14B. Они используются в высокопроизводительных электродвигателях и генераторах, а также в магнитах шпинделя для жестких дисков компьютеров и ветряных турбин.
- Неодим используется при изготовлении некоторых предметов домашнего обихода, таких как телевизоры и энергосберегающие лампы, такие как лампы накаливания.
- Неодимовые мишени для распыления и неодимвые испаряющиеся материалы используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
- Неодим также полезен в электронной промышленности для производства стали из некоторых сплавов черных и цветных металлов, где он используется в качестве компонента. Примером может служить мишметалл (содержащий 15% неодима), используемый для изготовления более легких кремней.
- Его также используют для резки и сварки стали.
- Либо индивидуально, либо в виде сплава с другим лантанидом (например, эрбием) неодим можно использовать в качестве регенератора в низкотемпературных криохладителях, чтобы обеспечить охлаждение до -270 ° С.
- Соединения неодима используются в керамической промышленности для изготовления глазурей и красок различных оттенков. Это связано с тем, что неодим может поглощать блики пламени.
- В промышленности элемент можно использовать для изготовления постоянных магнитов, заключающихся в смеси с бором и железом.
- Важным компонентом многих современных лазеров является стабилизированный неодимом иттрий-алюминиевый гранат (YAG) . Этот элемент используется в лазерной промышленности для изготовления кристаллов, таких как иттрий-алюминиевый гранат.
- Неодимовые стекла применяются в волоконной оптике.
- При смешивании неодима и празеодима образуется вещество, способное поглощать свет в области вредных спектральных линий натрия-D. Это свойство делает его полезным в очках сварщиков, а также очках стеклодувов. Это помогает защитить глаза сварщиков.
- Использование неодима для лечения рака кожи широко изучалось. Облучение неодимовым лазером — эффективный метод лечения рака кожи лица.
Подведение итогов
Неодим — редкоземельный металл, который вместе с железом и бором используется для создания мощных постоянных магнитов. Элемент имеет высокие температуры плавления и кипения. На данный момент охарактеризовано до трех различных изотопов неодима, некоторые из которых весьма полезны. Типичное применение неодима – в электронике, например, в телевизорах и компьютерных компонентах.