Неодимий – Nd символы және атом нөмірі 60 болатын химиялық элемент. Ол ауада күңгірттенетін жұмсақ күмістей металл. Оны 1885 жылы австриялық химик Карл Ауэр фон Вельсбах ашқан. Зат монациттік құм шөгінділерінде және минералды бастназитте айтарлықтай мөлшерде болады.
Тарих
Сирек жер металы неодимді австриялық химик барон Карл Ауэр фон Вельсбах 1885 жылы Венада ашқан. Ғалым спектроскопиялық талдау арқылы бөлінгеннен кейін азот қышқылынан қос аммоний нитраты тетрагидратының фракциялық кристалдануы арқылы дидам деп аталатын материалдан жаңа затты (сонымен қатар празеодим элементін) бөліп алды. Алайда 1925 жылға дейін элементті таза күйінде алу мүмкін болмады.
1940 жылдардың аяғына дейін металл алудың негізгі коммерциялық әдісі нитраттардың қос кристалдануы болды. Әдіс тиімсіз, ал алынған заттың мөлшері аз болды. Линдсей химиялық бөлімшесі бірінші болып неодимді кең көлемде өндіруді бастадыион алмастырғыш тазарту әдісі. 1950 жылдардан бастап жоғары тазартылған (99%-дан жоғары) элемент негізінен сирек жерге бай моназиттен оның галогендік тұздарын электролиздеу арқылы ион алмасу процесі арқылы өндірілді.
Қазіргі уақытта металдық неодимдердің көпшілігі бастназиттен алынады. Технологияның жетістіктері және жетілдірілген тазалау әдістерінің дамуы оны өнеркәсіпте кеңінен қолдануға мүмкіндік берді.
Сипаттамасы
Химиялық элемент табиғи түрде металл түрінде болмайды, ол дидим затынан бөлінеді, онда ол басқа лантанидтермен (атап айтқанда, празеодиммен) араласады. Неодим сирек жер металы ретінде жіктелсе де, бұл өте кең таралған элемент, кем дегенде кобальт, никель немесе мыс сияқты жиі кездеседі және жер қыртысында кеңінен таралған. Заттың көп бөлігі Қытайдан келеді.
Неодимий қосылыстары алғаш рет 1927 жылы әйнек бояғыштары ретінде коммерциялық мақсатта қолданылған және көзілдірік линзаларында танымал қоспа болып қала береді. Nd3+ иондарының болуына байланысты неодим қосылыстарының түсі жиі қызыл-күлгін реңкке ие болады, бірақ бұл жарықтандыру түріне байланысты өзгереді.
Қолданба
Ндодимий қосылған линзалар толқын ұзындығы 1047 және 1062 нанометр аралығындағы инфрақызыл сәуле шығаратын лазерлерде қолданылады. Олар өте жоғары қуатты жүйелерде, мысалы, инерция бойынша тәжірибелерде қолданыладышектеу.
Nd:метал Nd:YAG лазерлерінде басқа кристалдармен (мысалы, иттрий алюминий гранатасы) бірге қолданылады. Бұл қондырғы әдетте шамамен 1064 нм толқын ұзындығы бар инфрақызыл сәулелерді шығарады. Бұл ең жиі қолданылатын қатты күйдегі лазерлердің бірі.
Неодимий металын қолданудың тағы бір маңызды түрі - күшті, жоғары берік тұрақты магниттер жасау үшін қолданылатын қорытпалардағы арматуралық компонент. Олар микрофондар, кәсіби дауыс зорайтқыштар, құлаққаптар, жоғары өнімді тұрақты ток қозғалтқыштары, компьютердің қатты дискілері сияқты өнімдерде кеңінен қолданылады, мұнда магниттік массасы төмен (көлемі) немесе күшті магнит өрісі қажет.
Үлкен неодим магниттері жоғары қуатты және салмақты электр қозғалтқыштарында (мысалы, гибридті автомобильдер) және генераторларда (мысалы, ұшақтар мен жел электр станцияларының электр генераторларында) қолданылады. Сондай-ақ, элемент кейбір қорытпаларды қатайту үшін қолданылады. Мысалы, титан осы заттың небәрі 1,5%-ын қосқаннан кейін бір жарым есе күшті болады.
Физикалық қасиеттері
Металл неодим классикалық мысметалда (сирек жер элементтерінің қорытпасы) бар, оның концентрациясы әдетте 18% құрайды. Таза түрінде элемент күміс-алтын түсті металл жылтырлығына ие, бірақ қарапайым ауада тез тотығады. Оксидті қабат түзіліп, қабыршақтанып, металды одан әрі тотығуға ұшыратады. Осылайша,заттың сантиметрлік үлгісі бір жыл ішінде толық тотығады.
Неодимий әдетте қос алтыбұрышты текше құрылымнан орталықтан орталыққа ауысатын екі аллотропиялық пішінде болады. Ол 1024°С-та еріп, 3074°С-та қайнай бастайды. Қатты фазадағы заттың тығыздығы 7,01 г/см3, сұйық күйде 6,89 г/см3.
Атомдық қасиеттері:
- Тотығу дәрежесі: +4, +3, +2 (негізгі оксид).
- Электрондылық: 1, 14 (Сауалнама шкаласы).
- Жылуөткізгіштік: 16,5 Вт/(м К).
- Иондалу энергиясы: 1: 533, 1 кДж/моль, 2: 1040 кДж/моль, 3: 2130 кДж/моль.
- Атом радиусы: 181 пикометр.
Химиялық қасиеттері
Металл неодим ауада баяу күңгірттенеді және 150°C шамасында оңай жанып, неодим (III) оксидін түзеді:
4-ші + 3O2 → 2-ші2O3
Бұл электропозитивті элемент. Ол суық сумен баяу әрекеттеседі, бірақ ыстық сумен тез әрекеттесіп, неодим (III) гидроксидін түзеді:
2-н(лар) + 6H2O(l) → 2-ші(OH)3 (ақ) + 3H 2(g)
Металл барлық галогендермен қарқынды әрекеттеседі, сұйылтылған күкірт қышқылында оңай ериді және күлгін Nd(III) ионы бар ерітінділер түзеді.
Өндіріс
Неодимий металы табиғатта ешқашан бос элемент ретінде кездеспейді. сияқты кендерден өндіріледібастназит және монацит, онда ол басқа лантанидтермен және басқа элементтермен байланысты. Бұл пайдалы қазбаларды өндірудің негізгі аймақтары Қытай, АҚШ, Бразилия, Үндістан, Шри-Ланка және Австралияда орналасқан. Шағын кен орындары Ресейде де барланған.
Неодимийдің қоры шамамен 8 миллион тоннаға бағаланады. Оның жер қыртысындағы концентрациясы шамамен 38 мг/кг құрайды, бұл сирек жер элементтерінің арасында церийден кейінгі екінші орында. Әлемдік металл өндірісі шамамен 7000 тоннаны құрайды. Өндірістің негізгі бөлігі Қытайға тиесілі. Жақында ҚХР үкіметі бұл элементті стратегиялық маңызды деп танып, оны экспорттауға шектеулер енгізді, бұл тұтынушы елдерде біршама алаңдаушылық тудырып, неодим бағасының 500 долларға дейін күрт өсуіне себеп болды. Бүгінгі таңда таза металдың бір келісінің орташа бағасы 300-350 доллар аралығында ауытқиды, неодим оксидтері арзанырақ: 70-130 доллар.
Қытай үкіметінің шектеулерін айналып өтіп, заңсыз сауданың кесірінен металдың құны 40 долларға дейін төмендеген жағдайлар бар. Баға мен қолжетімділіктің белгісіздігі жапондық компанияларды сирек жер элементтері аз немесе мүлде жоқ тұрақты магниттер мен сәйкес электр қозғалтқыштарын жасауға итермеледі.
