Magický prvek vzácných zemin: „Král permanentních magnetů“ – neodym

bastnasit

Neodym, atomové číslo 60, atomová hmotnost 144,24, s obsahem 0,00239 % v kůře, se vyskytuje hlavně v monazitu a bastnaesitu. V přírodě existuje sedm izotopů neodymu: neodym 142, 143, 144, 145, 146, 148 a 150, z nichž neodym 142 má nejvyšší obsah. S objevením praseodymu vznikl i neodym. Příchod neodymu aktivoval oblast vzácných zemin a sehrál v ní důležitou roli a ovlivnil trh s těmito kovy.

Objev neodymu

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), objevitel neodymu

V roce 1885 objevil rakouský chemik Carl Orvon Welsbach Carl Auer von Welsbach ve Vídni neodym. Oddělil neodym a praseodym ze symetrických neodymových materiálů oddělením a krystalizací tetrahydrátu dusičnanu amonného z kyseliny dusičné a zároveň je oddělil spektrální analýzou, ale v relativně čisté formě se mu podařilo oddělit ho až v roce 1925.

Od 50. let 20. století se vysoce čistý neodym (přes 99 %) získával převážně iontovou výměnou v monazitu. Samotný kov se získává elektrolýzou jeho halogenidové soli. V současné době se většina neodymu extrahuje z (Ce,La,Nd,Pr)CO3F v basta nathanitu a čistí se extrakcí rozpouštědlem. Čištění iontovou výměnou si pro další přípravu vyhrazuje nejvyšší čistotu (obvykle > 99,99 %). Protože v době, kdy výroba závisí na technologii postupné krystalizace, je obtížné odstranit poslední stopy praseodymu, má rané neodymové sklo vyrobené ve 30. letech 20. století čistší fialovou barvu a červenější nebo oranžovější barevný tón než moderní verze.

Neodymový kov

Kovový neodym má jasný stříbrný kovový lesk, bod tání 1024 °C, hustotu 7,004 g/cm3 a paramagnetismus. Neodym je jedním z nejaktivnějších kovů vzácných zemin, který na vzduchu rychle oxiduje a tmavne, poté vytvoří oxidovou vrstvu a následně se odlupuje, čímž vystaví kov další oxidaci. Vzorek neodymu o velikosti jednoho centimetru se proto zcela oxiduje během jednoho roku. Ve studené vodě reaguje pomalu a v horké vodě rychle.

Neodymová elektronická konfigurace

Elektronická konfigurace:

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

Laserový výkon neodymu je způsoben přechodem elektronů na 4f orbitáli mezi různými energetickými hladinami. Tento laserový materiál se široce používá v komunikaci, ukládání informací, lékařství, obrábění atd. Mezi nimi se široce používá yttrium-hlinitý granát Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) s vynikajícím výkonem a Nd-dopovaný gadolinium-skandium-galliový granát s vyšší účinností.

Aplikace neodymu

Největším uživatelem neodymu je permanentní magnetický materiál NdFeB. Magnet NdFeB je kvůli svému vysokému magnetickému energetickému produktu nazýván „králem permanentních magnetů“. Pro svůj vynikající výkon se široce používá v elektronice, strojírenství a dalších odvětvích. Francis Wall, profesor aplikované těžby na Cumberland School of Mining, University of Exeter ve Velké Británii, řekl: „Pokud jde o magnety, neexistuje nic, co by mohlo neodymu konkurovat.“ Úspěšný vývoj alfa magnetického spektrometru naznačuje, že magnetické vlastnosti magnetů NdFeB v Číně dosáhly světové úrovně.“

Neodymový magnet na pevném disku

Neodym lze použít k výrobě keramiky, zářivě fialového skla, umělého rubínu v laseru a speciálního skla, které dokáže filtrovat infračervené paprsky. Používá se společně s praseodymem k výrobě ochranných brýlí pro skláře.

Přidání 1,5 % až 2,5 % nanooxidu neodymu do hořčíkové nebo hliníkové slitiny může zlepšit výkon za vysokých teplot, vzduchotěsnost a odolnost slitiny proti korozi a je široce používána jako letecký materiál.

Nano-yttrium-hlinitý granát dopovaný nano-neodymovým oxidem produkuje krátkovlnný laserový paprsek, který se v průmyslu široce používá pro svařování a řezání tenkých materiálů o tloušťce pod 10 mm.

Nd:YAG laserová tyč

V lékařství se k odstraňování chirurgických ran nebo k dezinfekci ran místo chirurgických nožů používá nano-yttrium-hlinito-granátový laser dopovaný nano-oxidem neodymu.

Neodymové sklo se vyrábí přidáním oxidu neodymu do skloviny. Levandulová barva se v neodymovém skle obvykle objevuje pod slunečním světlem nebo žárovkou, ale světle modrá se objevuje pod osvětlením zářivkou. Neodym lze použít k barvení jemných odstínů skla, jako je čistě fialová, vínově červená a teple šedá.

neodymové sklo

S rozvojem vědy a techniky a rozšiřováním a rozšířením vědy a techniky v oblasti vzácných zemin bude mít neodym širší využití.