Neodymium is 'n chemiese element met die simbool Nd en atoomgetal 60. Dit is 'n sagte, silweragtige metaal wat in lug verkleur. Dit is in 1885 deur die Oostenrykse chemikus Carl Auer von Welsbach ontdek. Die stof kom in aansienlike hoeveelhede in monasietsandafsettings en in die mineraal bastnäsiet voor.
Geskiedenis
Die seldsame aardmetaal-neodimium is in 1885 deur die Oostenrykse chemikus Baron Karl Auer von Welsbach in Wene ontdek. Die wetenskaplike het 'n nuwe stof (sowel as die element praseodymium) uit 'n materiaal bekend as didymium geïsoleer deur fraksionele kristallisasie van dubbele ammoniumnitraat-tetrahidraat uit salpetersuur, na skeiding deur spektroskopiese analise. Tot 1925 was dit egter nie moontlik om die element in sy suiwerste vorm te verkry nie.
Tot die laat 1940's was die belangrikste kommersiële metode vir die vervaardiging van metaal die dubbele kristallisasie van nitrate. Die metode is ondoeltreffend, en die hoeveelheid van die stof wat verkry is, was klein. Lindsay Chemical Division was die eerste om grootskaalse produksie van neodymium te beginioon-uitruil suiwering metode. Sedert die 1950's is die hoogs gesuiwerde (bo 99%) element hoofsaaklik vervaardig deur 'n ioonuitruilproses van seldsame aardryke monasiet deur elektrolise van sy halied soute.
Tans word die meeste metaalneodimium uit bastnäsiet onttrek. Vooruitgang in tegnologie en die ontwikkeling van verbeterde skoonmaakmetodes het dit wyd in die industrie laat gebruik.
Beskrywing
Die chemiese element kom nie natuurlik in 'n metaalvorm voor nie, dit word geskei van die stof didymium, waarin dit met ander lantaniede (veral met praseodimium) gemeng is. Alhoewel neodimium as 'n seldsame aardmetaal geklassifiseer word, is dit 'n redelik algemene element, wat minstens so dikwels soos kob alt, nikkel of koper voorkom, en is wydverspreid in die aardkors. Die meeste van die stof kom van China.
Neodimiumverbindings is in 1927 vir die eerste keer kommersieel as glaskleurmiddels gebruik en bly 'n gewilde toevoeging in brillense. Die kleur van neodimiumverbindings as gevolg van die teenwoordigheid van Nd3+-ione het dikwels 'n rooi-pers tint, maar dit wissel na gelang van die tipe beligting.
Aansoek
Ndodymium-gedoteerde lense word gebruik in lasers wat infrarooi straling uitstraal met golflengtes tussen 1047 en 1062 nanometer. Hulle word gebruik in stelsels met uiters hoë krag, byvoorbeeld in eksperimente op traagheidinperking.
Nd:metaal word ook saam met ander kristalle (soos yttriumaluminiumgranaat) in Nd:YAG-lasers gebruik. Hierdie opstelling straal tipies infrarooi strale uit met 'n golflengte van ongeveer 1064 nm. Dit is een van die mees gebruikte vastestoflasers.
Nog 'n belangrike gebruik van neodymiummetaal is as 'n versterkende komponent in legerings wat gebruik word om kragtige, hoësterkte permanente magnete te maak. Hulle word wyd gebruik in produkte soos mikrofone, professionele luidsprekers, in-oor-oorfone, hoëwerkverrigting GS-motors, rekenaarhardeskywe, waar lae magnetiese massa (volume) of sterk magnetiese velde vereis word.
Groot neodymiummagnete word gebruik in elektriese motors met hoë krag en gewig (bv. hibriede motors) en kragopwekkers (bv. elektriese kragopwekkers vir vliegtuie en windplaas). Die element word ook gebruik om sommige legerings te verhard. Titanium word byvoorbeeld een en 'n half keer sterker nadat net 1,5% van hierdie stof bygevoeg is.
Fisiese eienskappe
Metaalneodimium is teenwoordig in klassieke mischmetaal ('n legering van seldsame aardelemente), waar die konsentrasie daarvan gewoonlik in die orde van 18% is. In sy suiwer vorm het die element 'n helder silwer-goue metaalglans, maar oksideer vinnig in gewone lug. 'n Oksiedlaag vorm en vlok af, wat die metaal aan verdere oksidasie blootstel. Dus,sentimeter monster van die stof is binne 'n jaar heeltemal geoksideer.
Neodymium bestaan gewoonlik in twee allotropiese vorms, met 'n middel-tot-middel-transformasie vanaf 'n dubbel seskantige kubieke struktuur. Dit begin smelt by 1024°C en kook by 3074°C. Die digtheid van materie in die vaste fase is 7.01 g/cm3, in die vloeibare toestand is 6.89 g/cm3.
Atoomeienskappe:
- Oksidasietoestand: +4, +3, +2 (basiese oksied).
- Elektronegatiwiteit: 1, 14 (peilingskaal).
- Termiese geleidingsvermoë: 16,5 W/(m K).
- Ionisasie-energie: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radius van 'n atoom: 181 picometers.
Chemiese eienskappe
Metaalneodymium verkleur stadig in lug en brand maklik teen ongeveer 150°C om neodymium(III)oksied te vorm:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Dit is 'n elektropositiewe element. Dit reageer stadig met koue water, maar taamlik vinnig met warm water, en vorm neodymium (III) hidroksied:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Die metaal reageer kragtig met alle halogene, los maklik op in verdunde swaelsuur om oplossings te vorm wat die violet Nd(III)-ioon bevat.
Production
Neodimiummetaal kom nooit as 'n vrye element in die natuur voor nie. Dit word ontgin uit ertse soosbastnäsiet en monasiet, waarin dit met ander lantaniede en ander elemente geassosieer word. Die belangrikste myngebiede vir hierdie minerale is geleë in China, die VSA, Brasilië, Indië, Sri Lanka en Australië. Klein afsettings is ook in Rusland ondersoek.
Reserwes neodymium word op ongeveer 8 miljoen ton geraam. Die konsentrasie daarvan in die aardkors is ongeveer 38 mg/kg, wat die tweede hoogste onder die seldsame aardelemente na serium is. Wêreld metaalproduksie is ongeveer 7000 ton. Die grootste deel van die produksie behoort aan China. Die VRC-regering het onlangs die element as strategies belangrik erken en beperkings op die uitvoer daarvan ingestel, wat 'n mate van kommer in verbruikerslande veroorsaak het en 'n skerp styging in die prys van neodymium tot $500 uitgelok het. Vandag wissel die gemiddelde prys per kilogram suiwer metaal tussen $300-350, neodymiumoksiede is goedkoper: $70-130.
Daar is gevalle waar die waarde van die metaal tot $40 gedaal het weens onwettige handel, wat die beperkings van die Chinese regering omseil. Pryse- en beskikbaarheidsonsekerheid het daartoe gelei dat Japannese maatskappye permanente magnete en verwante elektriese motors met minder of geen seldsame aardelemente ontwikkel het nie.
