Чароўны рэдказямельны элемент: «Кароль пастаянных магнітаў» — неадым

бастназіт

Неадым, атамны нумар 60, атамная маса 144,24, з утрыманнем 0,00239% у зямной кары, у асноўным прысутнічае ў манацыце і бастнэзіце. У прыродзе існуе сем ізатопаў неадым: неадым-142, 143, 144, 145, 146, 148 і 150, сярод якіх неадым-142 мае найбольшую колькасць. З нараджэннем празеадыму з'явіўся і неадым. З'яўленне неадымію актывізавала галіну рэдказямельных элементаў і адыграла ў ёй важную ролю, а таксама паўплывала на рынак рэдказямельных элементаў.

Адкрыццё неадыму

Карл Орвон Вельсбах (1858-1929), першаадкрывальнік неадыму

У 1885 годзе аўстрыйскі хімік Карл Орвон Вельсбах адкрыў у Вене неадым. Ён аддзяліў неадым і празеадым ад сіметрычных неадымавых матэрыялаў шляхам аддзялення і крышталізацыі тэтрагідрату нітрату амонія з азотнай кіслаты, адначасова аддзяліўшы яго спектральным аналізам, але ў адносна чыстым выглядзе ён быў выдзелены толькі ў 1925 годзе.

З 1950-х гадоў неадым высокай чысціні (больш за 99%) атрымліваўся ў асноўным шляхам іённага абмену з монацыту. Сам метал атрымліваецца шляхам электролізу яго галагеніднай солі. У цяперашні час большая частка неадымію здабываецца з (Ce,La,Nd,Pr)CO3F у баста-натаніце і ачышчаецца экстракцыяй растваральнікам. Іённаабменная ачыстка пакідае за сабой найвышэйшую чысціню (звычайна > 99,99%) для падрыхтоўкі. Паколькі ў эпоху, калі вытворчасць залежала ад тэхналогіі ступеністай крышталізацыі, цяжка выдаліць апошнія сляды празеадыму, ранняе неадымавае шкло, вырабленае ў 1930-х гадах, мае больш чысты фіялетавы колер і больш чырвоны або аранжавы адценне, чым сучасная версія.

Неадым метал

Металічны неадым мае яркі серабрысты металічны бляск, тэмпературу плаўлення 1024°C, шчыльнасць 7,004 г/см³ і парамагнетызм. Неадым — адзін з найбольш актыўных рэдказямельных металаў, які хутка акісляецца і цямнее на паветры, затым утварае аксідны пласт, а потым адслойваецца, падвяргаючы метал далейшаму акісленню. Такім чынам, узор неадым памерам адзін сантыметр цалкам акісляецца на працягу аднаго года. Ён павольна рэагуе ў халоднай вадзе і хутка ў гарачай.

Электронная канфігурацыя неадыму

Электронная канфігурацыя:

1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p6 6s² 4f4

Лазерная прадукцыйнасць неадыму абумоўлена пераходам 4f-арбітальных электронаў паміж рознымі энергетычнымі ўзроўнямі. Гэты лазерны матэрыял шырока выкарыстоўваецца ў сувязі, захоўванні інфармацыі, медыцынскім лячэнні, апрацоўцы і г.д. Сярод іх шырока выкарыстоўваецца ітрыева-алюмініевы гранат Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd), які мае выдатныя характарыстыкі, а таксама легаваны Nd гадаліній-скандый-галій-гранат, які мае больш высокую эфектыўнасць.

Ужыванне неадыму

Найбуйнейшым карыстальнікам неадыму з'яўляецца пастаянны магніт NdFeB. Магніт NdFeB называюць «каралём пастаянных магнітаў» з-за яго высокага магнітнага прадукту. Ён шырока выкарыстоўваецца ў электроніцы, машынабудаванні і іншых галінах прамысловасці дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам. Фрэнсіс Уол, прафесар прыкладной горнай справы ў Камберлендскай школе горнай справы пры Эксетэрскім універсітэце, Вялікабрытанія, сказаў: «Што тычыцца магнітаў, то няма нічога, што магло б канкураваць з неадымам. Паспяховая распрацоўка альфа-магнітнага спектрометра сведчыць аб тым, што магнітныя ўласцівасці магнітаў NdFeB у Кітаі выйшлі на сусветны ўзровень».

Неадымавы магніт на цвёрдым дыску

Неадым можна выкарыстоўваць для вырабу керамікі, ярка-фіялетавага шкла, штучнага рубіну ў лазеры і спецыяльнага шкла, якое можа фільтраваць інфрачырвоныя прамяні. Выкарыстоўваецца разам з празеадымам для вырабу ахоўных акуляраў для шкловыдзімальнікаў.

Даданне 1,5% ~ 2,5% нананеадыму ў магніевы або алюмініевы сплаў можа палепшыць высокатэмпературныя характарыстыкі, герметычнасць і каразійную ўстойлівасць сплаву, і ён шырока выкарыстоўваецца ў якасці аэракасмічнага матэрыялу для авіяцыі.

Нана-ітрыевы алюмініевы гранат, легаваны нана-неадымовым аксідам, стварае караткахвалевы лазерны прамень, які шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці для зваркі і рэзкі тонкіх матэрыялаў таўшчынёй менш за 10 мм.

Лазерны стрыжань Nd:YAG

У медыцынскім лячэнні для выдалення хірургічных ран або дэзінфекцыі ран замест хірургічных нажоў выкарыстоўваецца нанаітрыевы алюмініевы гранатавы лазер, легаваны нанааксідам неадыму.

Неадымавае шкло вырабляецца шляхам дадання аксіду неадыму ў расплаў шкла. Лавандавы колер звычайна з'яўляецца ў неадымавым шкле пад сонечным святлом або лямпай напальвання, але светла-блакітны з'яўляецца пад асвятленнем люмінесцэнтнай лямпай. Неадым можна выкарыстоўваць для афарбоўвання шкла ў далікатныя адценні, такія як чысты фіялетавы, вінна-чырвоны і цёплы шэры.

неадымавае шкло

З развіццём навукі і тэхнікі, а таксама пашырэннем і пашырэннем навукі і тэхнікі ў галіне рэдказямельных элементаў, неадым будзе мець больш шырокі спектр выкарыстання.