Neodimyum, simgesi Nd ve atom numarası 60 olan kimyasal bir elementtir. Havada kararan yumuşak, gümüşi bir metaldir. 1885 yılında Avusturyalı kimyager Carl Auer von Welsbach tarafından keşfedilmiştir. Bu madde monazit kum birikintilerinde ve mineral bastnäsite'de önemli miktarlarda bulunur.
Tarih
Nadir toprak metali neodimyum, 1885 yılında Avusturyalı kimyager Baron Karl Auer von Welsbach tarafından Viyana'da keşfedildi. Bilim adamı, spektroskopik analizle ayrıldıktan sonra, çift amonyum nitrat tetrahidratın nitrik asitten fraksiyonel kristalizasyonuyla didimyum olarak bilinen bir materyalden yeni bir maddeyi (aynı zamanda praseodimyum elementini) izole etti. Ancak 1925 yılına kadar elementi en saf haliyle elde etmek mümkün değildi.
1940'ların sonlarına kadar, metal üretmenin ana ticari yöntemi nitratların çift kristalleştirilmesiydi. Yöntem etkisizdir ve elde edilen maddenin miktarı azdır. Lindsay Chemical Division, büyük ölçekli neodimyum üretimine başlayan ilk şirket oldu.iyon değişimi saflaştırma yöntemi. 1950'lerden bu yana, yüksek oranda saflaştırılmış (% 99'un üzerinde) element esas olarak, nadir toprak bakımından zengin monazitten halojenür tuzlarının elektrolizi yoluyla bir iyon değiştirme işlemiyle üretilmiştir.
Şu anda, çoğu metalik neodim, bastnäsite'den çıkarılır. Teknolojideki ilerlemeler ve gelişmiş temizleme yöntemlerinin geliştirilmesi, onu endüstride yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır.
Açıklama
Kimyasal element metalik bir formda doğal olarak oluşmaz, diğer lantanitlerle (özellikle praseodimyum ile) karıştırıldığı didymiyum maddesinden ayrılır. Neodimyum, nadir toprak metali olarak sınıflandırılmasına rağmen, oldukça yaygın bir elementtir, en az kob alt, nikel veya bakır kadar sıklıkla bulunur ve yer kabuğunda geniş bir alana dağılmıştır. Maddenin çoğu Çin'den geliyor.
Neodymium bileşikleri ilk olarak 1927'de cam renklendiricileri olarak ticari olarak kullanıldı ve gözlük camlarında popüler bir katkı maddesi olmaya devam ediyor. Nd3+ iyonlarının varlığından dolayı neodimiyum bileşiklerinin rengi genellikle kırmızımsı-mor bir renk tonuna sahiptir, ancak bu aydınlatma türüne bağlı olarak değişir.
Uygulama
Ndodymium katkılı lensler, dalga boyları 1047 ile 1062 nanometre arasında olan kızılötesi radyasyon yayan lazerlerde kullanılır. Son derece yüksek güce sahip sistemlerde, örneğin atalet deneylerinde kullanılırlar.sınırlama.
Nd:metal ayrıca Nd:YAG lazerlerde diğer kristallerle (itriyum alüminyum granat gibi) kullanılır. Bu kurulum tipik olarak dalga boyu yaklaşık 1064 nm olan kızılötesi ışınlar yayar. En yaygın kullanılan katı hal lazerlerinden biridir.
Neodymium metalin bir diğer önemli kullanımı, güçlü, yüksek mukavemetli kalıcı mıknatıslar yapmak için kullanılan alaşımlarda güçlendirici bir bileşen olarak kullanılmasıdır. Düşük manyetik kütle (hacim) veya güçlü manyetik alanların gerekli olduğu mikrofonlar, profesyonel hoparlörler, kulak içi kulaklıklar, yüksek performanslı DC motorlar, bilgisayar sabit diskleri gibi ürünlerde yaygın olarak kullanılırlar.
Büyük neodimyum mıknatıslar, yüksek güç ve ağırlıktaki elektrik motorlarında (ör. hibrit arabalar) ve jeneratörlerde (ör. uçak ve rüzgar santrali elektrik jeneratörleri) kullanılır. Ayrıca element bazı alaşımları sertleştirmek için kullanılır. Örneğin titanyum, bu maddenin sadece %1,5'ini ekledikten sonra bir buçuk kat daha güçlü hale gelir.
Fiziksel özellikler
Metalik neodimyum, konsantrasyonunun genellikle %18 civarında olduğu klasik mischmetalde (nadir toprak elementlerinin bir alaşımı) bulunur. Saf haliyle, element parlak gümüş- altın metalik bir parlaklığa sahiptir, ancak sıradan havada hızla oksitlenir. Bir oksit tabakası oluşur ve pul pul dökülür, bu da metali daha fazla oksidasyona maruz bırakır. Böylece,maddenin santimetrelik numunesi bir yıl içinde tamamen oksitlenir.
Neodymium genellikle çift altıgen kübik yapıdan merkezden merkeze dönüşümle birlikte iki allotropik formda bulunur. 1024°C'de erimeye ve 3074°C'de kaynamaya başlar. Katı fazda maddenin yoğunluğu 7.01 g/cm3, sıvı halde 6.89 g/cm3.
Atomik özellikler:
- Oksidasyon durumu: +4, +3, +2 (bazik oksit).
- Elektronegatiflik: 1, 14 (Oylama ölçeği).
- Termal iletkenlik: 16,5 W/(m K).
- İyonlaşma enerjisi: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Bir atomun yarıçapı: 181 pikometre.
Kimyasal özellikler
Metal neodimiyum havada yavaşça kararır ve yaklaşık 150°C'de kolayca yanar ve neodim(III) oksit oluşturur:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Bu bir elektropozitif elementtir. Soğuk suyla yavaş, ancak sıcak suyla oldukça hızlı reaksiyona girerek neodim (III) hidroksit oluşturur:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (sulu) + 3H 2(g)
Metal tüm halojenlerle kuvvetli bir şekilde reaksiyona girer, seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür ve mor Nd(III) iyonu içeren çözeltiler oluşturur.
Üretim
Neodymium metal doğada asla serbest bir element olarak bulunmaz. gibi cevherlerden çıkarılır.diğer lantanitler ve diğer elementlerle ilişkili olduğu bastnäsite ve monazit. Bu mineraller için ana madencilik alanları Çin, ABD, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya'da bulunmaktadır. Rusya'da da küçük mevduatlar araştırıldı.
Neodymium rezervlerinin yaklaşık 8 milyon ton olduğu tahmin ediliyor. Yerkabuğundaki konsantrasyonu yaklaşık 38 mg/kg olup, nadir toprak elementleri arasında seryumdan sonra ikinci sıradadır. Dünya metal üretimi yaklaşık 7000 tondur. Üretimin ana kısmı Çin'e aittir. ÇHC hükümeti son zamanlarda unsuru stratejik olarak önemli olarak kabul etti ve ihracatına kısıtlamalar getirerek tüketici ülkelerde bazı endişelere neden oldu ve neodimyum fiyatında keskin bir artışla 500 dolara yükseldi. Bugün, saf metalin kilogramı başına ortalama fiyat 300-350 dolar arasında değişiyor, neodimyum oksitler daha ucuz: 70-130 dolar.
Çin hükümetinin kısıtlamalarını aşarak yasadışı ticaret nedeniyle metalin değerinin 40 dolara düştüğü durumlar var. Fiyatlandırma ve bulunabilirlik belirsizlikleri, Japon şirketlerini daha az veya hiç nadir toprak elementi içermeyen kalıcı mıknatıslar ve ilgili elektrik motorları geliştirmeye yöneltti.
