Історія
Рідкоземельний метал неодим був виявлений австрійським хіміком бароном Карлом Ауэром фон Вельсбахом у Відні в 1885 році. Вчений виділив нову речовину (а також елемент празеодім) з матеріалу, відомого як дідім, шляхом фракційної кристалізації подвійного тетрагидрата нітрату амонію з азотної кислоти, після поділу шляхом спектроскопічного аналізу. Однак до 1925 року не вдавалося отримати елемент в чистій формі.До кінця 1940 років основним комерційним спосіб одержання металу була подвійна кристалізація нітратів. Метод малоефективний, і кількість одержуваного речовини було невеликим. Компанія Lindsay Chemical Division стала першою, хто почав великомасштабне виробництво неодиму методом іонообмінної очищення. Починаючи з 1950 років високоочищений (вище 99%) елемент в основному отримують в результаті процесу іонного обміну з монацита, багатого рідкісноземельними елементами, шляхом електролізу його галоїдних солей. В даний час більшість металевих неодимов витягують з бастнезита. Розвиваються технології і розробка вдосконалених методів чищення дозволили широко використовувати його в промисловості.
Опис
Хімічний елемент не зустрічається природним чином в металевій формі, його відокремлюють з речовини дідім, в якому він змішаний з іншими лантаноїдами (в зокрема, з празеодимом). Хоча неодим класифікується як рідкоземельний метал, це досить поширений елемент, що зустрічається не рідше кобальту, нікелю або міді, і широко поширений в земній корі. Більша частина речовини видобувається в Китаї.Неодимові з'єднання були вперше комерційно використані в якості скляних барвників в 1927 році, і вони залишаються популярної добавкою в очкових лінз. Колір сполук неодиму з-за присутності іонів Nd 3+ часто має червонувато-фіолетовий відтінок, але він змінюється в залежності від типу освітлення.
Застосування
Лінзи, леговані неодимом, використовуються в лазерах, випромінюючих інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі від 1047 до 1062 нанометрів. Вони застосовуються в системах, що володіють надзвичайно високою потужністю, наприклад, в експериментах по інерційному стримування. Неодим металевий також використовується з іншими кристалами (такими як ітрій-алюмінієвий гранат) в лазерах серії Nd:YAG. Дана установка зазвичай випромінює інфрачервоні промені з довжиною хвилі близько 1064 нм. Вона є одним з найбільш часто використовуваних твердотілих лазерів. Інше важливе застосування металевого неодиму – у якості підсилюючого компонента в сплавах, які використовуються для виготовлення потужних високоміцних постійних магнітів. Вони широко використовуються в таких продуктах, як мікрофони, професійні гучномовці, навушники-вкладиші, високопродуктивні електродвигуни постійного струму, комп'ютерні жорсткі диски – там, де потрібно мала магнітна маса (об'єм) або сильні магнітні поля.Великі неодимові магніти використовуються в електродвигунах з великою потужністю і вагою (наприклад, в гібридних автомобілях), і генераторах (наприклад, електричні генератори повітряних суден і вітряних електростанцій). Також елемент використовують для зміцнення деяких сплавів. Наприклад, титан стає в півтора рази міцніше після добавки всього 15% цієї речовини.
Фізичні властивості
Металевий неодим присутня в класичному мишметалле (сплаві рідкісноземельних елементів), де його концентрація зазвичай становить близько 18%. У чистому вигляді елемент має яскравий сріблясто-золотистий металевий блиск, але швидко окислюється на звичайному повітрі. Утворюється шар оксиду, що відшаровується, піддаючи метал подальшому окисленню. Таким чином, сантиметровий зразок речовини повністю окислюється протягом року. Неодим зазвичай існує у двох аллотропних формах з перетворенням подвійний гексагональної кубічної структури з центру в центр. Починає плавитися при 1024°C, а закипати при 3074°C. Щільність речовини в твердій фазі – 701 м/см 3 у рідкому стані – 689 г/см 3 . Атомарні властивості:
Хімічні властивості
Металевий неодим повільно тускнет на повітрі і легко горить при температурі близько 150°C з утворенням оксиду неодиму (III): 4Nd + 3O 2 -> 2Nd 2 O 3 Це электроположительный елемент. Він повільно реагує з холодною водою, але досить швидко – з гарячою, утворюючи гідроксид неодиму (III): 2Nd(s) + 6H 2 O(l) -> 2Nd(OH) 3 (aq) + 3H 2 (g) Метал енергійно вступає в реакцію з усіма галогенами, легко розчиняється у розбавленій сірчаній кислоті з утворенням розчинів, які містять фіолетовий іон Nd(III).
Виробництво
Неодим металевий ніколи не зустрічається у природі як вільний елемент. Його добувають з таких руд, як бастнезит і монацит, в яких він пов'язаний з іншими лантаноїдами та іншими елементами. Основні райони видобутку даних мінералів знаходяться в Китаї, США, Бразилії, Індії, Шрі-Ланці та Австралії. Невеликі родовища розвідані і в Росії.Запаси неодиму оцінюються приблизно в 8 мільйонів тонн. Його концентрація в корі Землі становить близько 38 мг/кг, що є другим за величиною серед рідкоземельних елементів після церію. Світове виробництво металу складає близько 7000 тонн. Основна частина виробництва належить Китаю. Уряд КНР недавно визнало елемент стратегічно важливим і ввів обмеження на його експорт, викликавши деякі побоювання в країнах-споживачах і спровокувавши різке підвищення цін на неодимы до 500$. Сьогодні середня ціна за кілограм чистого металу варіюється в межах 300-350$, оксиди неодиму коштують дешевше: 70-130$. Відомі випадки, коли вартість металу падала до 40$ за причини незаконної торгівлі в обхід обмежень уряду Китаю. Невизначеність ціноутворення та доступності змусила японські компанії розробляти магніти постійні та пов'язані з ними електродвигуни з меншою кількістю рідкоземельних елементів або взагалі без них.