Neodymium ni kipengele cha kemikali chenye alama Nd na nambari ya atomiki 60. Ni metali laini, ya fedha ambayo huchafua hewa. Iligunduliwa mnamo 1885 na mwanakemia wa Austria Carl Auer von Welsbach. Dutu hii iko kwa wingi katika mchanga wa monazite na katika bastnäsite ya madini.
Historia
Neodymium ya metali adimu iligunduliwa na mwanakemia wa Austria Baron Karl Auer von Welsbach huko Vienna mnamo 1885. Mwanasayansi alitenga dutu mpya (pamoja na kipengele cha praseodymium) kutoka kwa nyenzo inayojulikana kama didymium kwa ufuwele wa sehemu ya tetrahidrati ya nitrati ya ammoniamu kutoka kwa asidi ya nitriki, baada ya kutenganishwa kwa uchanganuzi wa spectroscopic. Hata hivyo, hadi 1925 haikuwezekana kupata kipengele katika umbo lake safi kabisa.
Hadi mwishoni mwa miaka ya 1940, mbinu kuu ya kibiashara ya kutengeneza chuma ilikuwa uangazaji maradufu wa nitrati. Njia hiyo haifai, na kiasi cha dutu iliyopatikana ilikuwa ndogo. Kitengo cha Kemikali cha Lindsay kilikuwa cha kwanza kuanza uzalishaji mkubwa wa neodymiumnjia ya utakaso wa kubadilishana ion. Tangu miaka ya 1950, kipengele kilichosafishwa sana (zaidi ya 99%) kimetolewa hasa na mchakato wa kubadilishana ioni kutoka kwa monazite adimu wa ardhini kwa kutumia elektroliti ya chumvi zake za halide.
Kwa sasa, neodymium nyingi za metali hutolewa kutoka kwa bastnäsite. Maendeleo ya teknolojia na maendeleo ya mbinu bora za kusafisha yameifanya itumike sana katika tasnia.
Maelezo
Kipengele cha kemikali hakitokei kiasili katika umbo la metali, hutenganishwa na dutu ya didymium, ambamo huchanganywa na lanthanidi nyingine (hasa, na praseodymium). Ingawa neodymium imeainishwa kama metali adimu ya ardhini, ni kipengele cha kawaida kabisa, kinachotokea angalau mara nyingi kama kob alti, nikeli, au shaba, na inasambazwa sana katika ukoko wa dunia. Dutu nyingi hutoka Uchina.
Michanganyiko ya Neodymium ilitumika kwa mara ya kwanza kibiashara kama rangi za glasi mnamo 1927 na kubakia kuwa kiongezeo maarufu katika lenzi za miwani. Rangi ya misombo ya neodymium kutokana na kuwepo kwa ioni Nd3+ mara nyingi huwa na tint nyekundu-zambarau, lakini hii inatofautiana kulingana na aina ya mwanga.
Maombi
Lenzi za Ndodymium-doped hutumika katika leza zinazotoa mionzi ya infrared yenye urefu wa mawimbi kati ya nanomita 1047 na 1062. Zinatumika katika mifumo yenye nguvu ya juu sana, kwa mfano, katika majaribio ya inertialkizuizi.
Nd:metali pia hutumika pamoja na fuwele zingine (kama vile yttrium alumini garnet) katika leza za Nd:YAG. Usanidi huu kwa kawaida hutoa miale ya infrared yenye urefu wa mawimbi wa karibu 1064 nm. Ni mojawapo ya leza za hali dhabiti zinazotumika sana.
Matumizi mengine muhimu ya chuma cha neodymium ni kama sehemu ya kuimarisha katika aloi zinazotumiwa kutengeneza sumaku zenye nguvu na za kudumu. Hutumika sana katika bidhaa kama vile maikrofoni, vipaza sauti vya kitaalamu, vipokea sauti vinavyobanwa masikioni, mota za DC zenye utendaji wa juu, diski kuu za kompyuta, ambapo uzito wa chini wa sumaku (kiasi) au sehemu dhabiti za sumaku zinahitajika.
Sumaku kubwa za neodymium hutumika katika injini za umeme zenye nguvu ya juu na uzani (km magari mseto) na jenereta (km ndege na jenereta za umeme za shamba la upepo). Pia, kipengele hutumiwa kuimarisha baadhi ya aloi. Kwa mfano, titani huwa na nguvu mara moja na nusu baada ya kuongeza 1.5% tu ya dutu hii.
Tabia za kimwili
Metallic neodymium inapatikana katika mischmetal ya kawaida (alloi ya elementi adimu za dunia), ambapo mkusanyiko wake kwa kawaida huwa katika mpangilio wa 18%. Katika hali yake safi, kipengele hicho kina luster ya metali ya fedha-dhahabu, lakini haraka oxidizes katika hewa ya kawaida. Safu ya oksidi huunda na kupunguka, ikiweka chuma kwenye oksidi zaidi. Hivyo,sampuli ya sentimita ya dutu hii hutiwa oksidi kabisa ndani ya mwaka mmoja.
Neodymium kwa kawaida huwa katika miundo miwili ya allotropiki, yenye badiliko kutoka katikati hadi katikati kutoka kwa muundo wa ujazo wa hexagonal mbili. Huanza kuyeyuka kwa 1024°C na kuchemka kwa 3074°C. Msongamano wa mada katika awamu ngumu ni 7.01 g/cm3, katika hali ya kioevu ni 6.89 g/cm3.
Sifa za atomiki:
- Hali ya oksidi: +4, +3, +2 (oksidi msingi).
- Umeme: 1, 14 (Mizani ya upigaji kura).
- Mwengo wa joto: 16.5 W/(m K).
- Nishati ya ionization: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Upenyo wa atomi: picometers 181.
Sifa za kemikali
Metal neodymium huchafua polepole hewani na kuwaka kwa urahisi karibu 150°C na kutengeneza oksidi ya neodymium(III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Hiki ni kipengele cha kielektroniki. Humenyuka polepole pamoja na maji baridi, lakini kwa haraka sana pamoja na maji moto, na kutengeneza hidroksidi ya neodymium (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Chuma hiki humenyuka kwa nguvu pamoja na halojeni zote, huyeyushwa kwa urahisi katika asidi ya sulfuriki iliyoyeyushwa na kutengeneza miyeyusho iliyo na ioni ya urujuani Nd(III).
Uzalishaji
Metali ya Neodymium haipatikani kamwe kama kipengele asilia kisicholipishwa. Inachimbwa kutoka kwa madini kama vilebastnäsite na monazite, ambayo inahusishwa na lanthanides nyingine na vipengele vingine. Maeneo makuu ya uchimbaji wa madini hayo yapo China, Marekani, Brazili, India, Sri Lanka na Australia. Amana ndogo pia zimechunguzwa nchini Urusi.
Hifadhi za neodymium zinakadiriwa kuwa takriban tani milioni 8. Mkusanyiko wake katika ukoko wa Dunia ni takriban 38 mg/kg, ambayo ni ya pili kwa juu kati ya elementi adimu za dunia baada ya cerium. Uzalishaji wa chuma ulimwenguni ni karibu tani 7000. Sehemu kuu ya uzalishaji ni ya Uchina. Hivi majuzi serikali ya PRC ilitambua kipengele hiki kama muhimu kimkakati na kuweka vikwazo kwa mauzo yake, na kusababisha wasiwasi katika nchi zinazotumia bidhaa na hivyo kusababisha ongezeko kubwa la bei ya neodymium hadi $500. Leo, bei ya wastani kwa kila kilo ya chuma safi inatofautiana kati ya $300-350, oksidi za neodymium ni nafuu: $70-130.
Kuna matukio wakati thamani ya chuma ilishuka hadi $40 kutokana na biashara haramu, kukiuka vikwazo vya serikali ya Uchina. Kutokuwa na uhakika wa bei na upatikanaji kumesababisha kampuni za Japani kutengeneza sumaku za kudumu na injini za umeme zinazohusiana zenye vipengele vichache au visivyo vya kawaida kabisa.
