عنصر جادویی کمیاب زمین: "پادشاه آهنربای دائمی" - نئودیمیم

باستنازیت

نئودیمیم، با عدد اتمی ۶۰، وزن اتمی ۱۴۴.۲۴، با محتوای ۰.۰۰۲۳۹٪ در پوسته، عمدتاً در مونازیت و باستنازیت وجود دارد. هفت ایزوتوپ نئودیمیم در طبیعت وجود دارد: نئودیمیم ۱۴۲، ۱۴۳، ۱۴۴، ۱۴۵، ۱۴۶، ۱۴۸ و ۱۵۰ که در میان آنها نئودیمیم ۱۴۲ بیشترین مقدار را دارد. با تولد پراسئودیمیم، نئودیمیم به وجود آمد. ورود نئودیمیم، حوزه عناصر خاکی کمیاب را فعال کرد و نقش مهمی در آن ایفا کرد و بر بازار عناصر خاکی کمیاب تأثیر گذاشت.

کشف نئودیمیم

کارل اورون ولزباخ (1858-1929)، کاشف نئودیمیم

در سال ۱۸۸۵، شیمیدان اتریشی کارل اورون ولسباخ Carl Auer von Welsbach نئودیمیم را در وین کشف کرد. او با جداسازی و تبلور آمونیوم نیترات تتراهیدرات از اسید نیتریک، نئودیمیم و پرازئودیمیم را از مواد نئودیمیم متقارن جدا کرد و همزمان با تجزیه طیفی، آن را جدا کرد، اما تا سال ۱۹۲۵ به شکل نسبتاً خالص جدا نشد.

از دهه 1950، نئودیمیم با خلوص بالا (بیش از 99٪) عمدتاً از طریق فرآیند تبادل یونی مونازیت به دست می‌آمد. خود این فلز با الکترولیز نمک هالید آن به دست می‌آید. در حال حاضر، بیشتر نئودیمیم از (Ce,La,Nd,Pr)CO3F در باستا ناتانیت استخراج و با استخراج حلال خالص‌سازی می‌شود. خالص‌سازی تبادل یونی، بالاترین خلوص (معمولاً > 99.99٪) را برای آماده‌سازی حفظ می‌کند. از آنجا که حذف آخرین رد پراسئودیمیم در دورانی که تولید به فناوری تبلور مرحله‌ای بستگی دارد، دشوار است، شیشه نئودیمیم اولیه تولید شده در دهه 1930 دارای رنگ بنفش خالص‌تر و رنگ قرمز یا نارنجی بیشتری نسبت به نسخه مدرن است.

فلز نئودیمیوم

نئودیمیم فلزی دارای درخشش فلزی نقره‌ای روشن، نقطه ذوب 1024 درجه سانتیگراد، چگالی 7.004 گرم بر سانتی‌متر مکعب و خاصیت پارامغناطیس است. نئودیمیم یکی از فعال‌ترین فلزات خاکی کمیاب است که به سرعت در هوا اکسید و تیره می‌شود، سپس یک لایه اکسید تشکیل می‌دهد و سپس جدا می‌شود و فلز را در معرض اکسیداسیون بیشتر قرار می‌دهد. بنابراین، نمونه نئودیمیم با اندازه یک سانتی‌متر در عرض یک سال کاملاً اکسید می‌شود. در آب سرد به آرامی و در آب گرم به سرعت واکنش می‌دهد.

پیکربندی الکترونیکی نئودیمیوم

پیکربندی الکترونیکی:

۱s۲ ۲s۲ ۲p۶ ۳s۲ ۳p۶ ۴s۲ ۳d۱۰ ۴p۶ ۵s۲ ۴d۱۰ ۵p۶ ۶s۲ ۴f۴

عملکرد لیزری نئودیمیم ناشی از گذار الکترون‌های مداری 4f بین سطوح انرژی مختلف است. این ماده لیزری به طور گسترده در ارتباطات، ذخیره‌سازی اطلاعات، درمان پزشکی، ماشینکاری و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. در میان آنها، گارنت ایتریم آلومینیوم Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) با عملکرد عالی و گارنت گالیم اسکاندیم آلاییده شده با Nd با راندمان بالاتر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد نئودیمیم

بزرگترین مصرف‌کننده نئودیمیم، مواد آهنربای دائمی NdFeB است. آهنربای NdFeB به دلیل انرژی مغناطیسی بالای خود، "پادشاه آهنرباهای دائمی" نامیده می‌شود. این آهنربا به دلیل عملکرد عالی خود، به طور گسترده در الکترونیک، ماشین‌آلات و سایر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرانسیس وال، استاد معدن کاربردی در دانشکده معدن کامبرلند، دانشگاه اکستر، انگلستان، گفت: "از نظر آهنربا، واقعاً هیچ چیزی وجود ندارد که بتواند با نئودیمیم رقابت کند. توسعه موفقیت‌آمیز طیف‌سنج مغناطیسی آلفا نشان می‌دهد که خواص مغناطیسی آهنرباهای NdFeB در چین به سطح جهانی رسیده است."

آهنربای نئودیمیوم روی هارد دیسک

نئودیمیم می‌تواند برای ساخت سرامیک، شیشه بنفش روشن، یاقوت مصنوعی در لیزر و شیشه مخصوصی که می‌تواند اشعه مادون قرمز را فیلتر کند، استفاده شود. همراه با پرازئودیمیم برای ساخت عینک ایمنی برای دمنده‌های شیشه استفاده می‌شود.

افزودن ۱.۵٪ تا ۲.۵٪ نانو اکسید نئودیمیوم به آلیاژ منیزیم یا آلومینیوم می‌تواند عملکرد دمای بالا، هوابندی و مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ را بهبود بخشد و به طور گسترده به عنوان ماده هوافضا برای هوانوردی استفاده می‌شود.

نانو ایتریم آلومینیوم گارنت آلاییده شده با نانو اکسید نئودیمیوم، پرتو لیزر موج کوتاه تولید می‌کند که به طور گسترده برای جوشکاری و برش مواد نازک با ضخامت کمتر از 10 میلی‌متر در صنعت استفاده می‌شود.

میله لیزر Nd:YAG

در درمان پزشکی، لیزر نانو ایتریم آلومینیوم گارنت آلاییده شده با نانو اکسید نئودیمیوم برای از بین بردن زخم‌های جراحی یا ضدعفونی کردن زخم‌ها به جای چاقوهای جراحی استفاده می‌شود.

شیشه نئودیمیم با افزودن اکسید نئودیمیم به مذاب شیشه ساخته می‌شود. رنگ بنفش بنفش معمولاً در شیشه نئودیمیم زیر نور خورشید یا لامپ رشته‌ای ظاهر می‌شود، اما زیر نور لامپ فلورسنت آبی روشن به نظر می‌رسد. نئودیمیم می‌تواند برای رنگ‌آمیزی سایه‌های ظریف شیشه مانند بنفش خالص، قرمز شرابی و خاکستری گرم استفاده شود.

شیشه نئودیمیوم

با توسعه علم و فناوری و گسترش و توسعه علم و فناوری عناصر خاکی کمیاب، نئودیمیم فضای استفاده وسیع‌تری خواهد داشت.