Neodymium là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Nd và số nguyên tử 60. Nó là một kim loại mềm, màu bạc, bị xỉn màu trong không khí. Nó được phát hiện vào năm 1885 bởi nhà hóa học người Áo Carl Auer von Welsbach. Chất này có mặt với số lượng đáng kể trong trầm tích cát monazit và trong quặng khoáng sản.
Lịch sử
Neodymium kim loại đất hiếm được phát hiện bởi nhà hóa học người Áo Karl Auer von Welsbach ở Vienna vào năm 1885. Nhà khoa học đã phân lập một chất mới (cũng như nguyên tố praseodymium) từ một vật liệu được gọi là didymium bằng cách kết tinh phân đoạn của amoni nitrat tetrahydrat kép từ axit nitric, sau khi phân tách bằng phân tích quang phổ. Tuy nhiên, cho đến năm 1925, người ta không thể thu được nguyên tố ở dạng tinh khiết nhất của nó.
Cho đến cuối những năm 1940, phương pháp thương mại chính để sản xuất kim loại là kết tinh kép của nitrat. Phương pháp này không hiệu quả và lượng chất thu được là nhỏ. Lindsay Chemical Division là đơn vị đầu tiên bắt đầu sản xuất neodymium quy mô lớnphương pháp tinh chế trao đổi ion. Kể từ những năm 1950, nguyên tố có độ tinh khiết cao (trên 99%) chủ yếu được sản xuất bằng quá trình trao đổi ion từ monazit giàu đất hiếm bằng cách điện phân các muối halogenua của nó.
Hiện tại, hầu hết neodymium kim loại được chiết xuất từ Beinäsite. Những tiến bộ trong công nghệ và sự phát triển của các phương pháp làm sạch cải tiến đã khiến nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
Mô tả
Nguyên tố hóa học không xuất hiện tự nhiên ở dạng kim loại, nó được tách ra từ chất didymium, trong đó nó được trộn với các lanthanides khác (đặc biệt là với praseodymium). Mặc dù neodymium được phân loại là kim loại đất hiếm, nó là một nguyên tố khá phổ biến, xuất hiện ít nhất thường xuyên như coban, niken hoặc đồng, và phân bố rộng rãi trong vỏ trái đất. Hầu hết các chất đều có xuất xứ từ Trung Quốc.
Hợp chất neodymium lần đầu tiên được sử dụng thương mại làm chất tạo màu thủy tinh vào năm 1927 và vẫn là một chất phụ gia phổ biến trong thấu kính đeo mắt. Màu của các hợp chất neodymium do sự hiện diện của các ion Nd3 +thường có màu đỏ tím, nhưng điều này thay đổi tùy thuộc vào loại ánh sáng.
Đơn
Thấu kính pha tạp chất
Ndodymium được sử dụng trong laser phát ra bức xạ hồng ngoại có bước sóng từ 1047 đến 1062 nanomet. Chúng được sử dụng trong các hệ thống có công suất cực lớn, ví dụ, trong các thí nghiệm về quán tínhngăn chặn.
Nd: kim loại cũng được sử dụng với các tinh thể khác (chẳng hạn như garnet nhôm yttrium) trong laser Nd: YAG. Thiết lập này thường phát ra tia hồng ngoại có bước sóng khoảng 1064 nm. Đây là một trong những loại laser trạng thái rắn được sử dụng phổ biến nhất.
Một công dụng quan trọng khác của kim loại neodymium là như một thành phần gia cường trong các hợp kim được sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu mạnh mẽ, có độ bền cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như micrô, loa chuyên nghiệp, tai nghe nhét trong, động cơ DC hiệu suất cao, ổ cứng máy tính, nơi yêu cầu khối lượng từ tính thấp (âm lượng) hoặc từ trường mạnh.
Nam châm neodymium lớn được sử dụng trong động cơ điện có trọng lượng và công suất cao (ví dụ: ô tô hybrid) và máy phát điện (ví dụ máy phát điện máy bay và trang trại gió). Ngoài ra, nguyên tố được sử dụng để làm cứng một số hợp kim. Ví dụ, titan trở nên mạnh hơn một lần rưỡi sau khi chỉ thêm 1,5% chất này.
Tính chất vật lý
Neodymium kim loại có trong mischmetal cổ điển (hợp kim của các nguyên tố đất hiếm), nơi nồng độ của nó thường là 18%. Ở dạng tinh khiết, nguyên tố này có ánh kim loại màu vàng bạc sáng, nhưng nhanh chóng bị oxy hóa trong không khí thông thường. Một lớp oxit hình thành và bong ra, khiến kim loại tiếp tục bị oxi hóa. Vì vậy,mẫu centimet của chất này bị ôxy hóa hoàn toàn trong vòng một năm.
Neodymium thường tồn tại ở hai dạng dị hướng, với sự biến đổi từ tâm sang tâm từ một cấu trúc lập phương lục giác kép. Nó bắt đầu nóng chảy ở 1024 ° C và sôi ở 3074 ° C. Khối lượng riêng của vật chất ở pha rắn là 7,01 g / cm3, ở trạng thái lỏng là 6,89 g / cm3.
Tính chất nguyên tử:
- Trạng thái oxy hóa: +4, +3, +2 (oxit bazơ).
- Độ âm điện: 1, 14 (Thang đo thăm dò).
- Độ dẫn nhiệt: 16,5 W / (m K).
- Năng lượng ion hóa: 1: 533, 1 kJ / mol, 2: 1040 kJ / mol, 3: 2130 kJ / mol.
- Bán kính của nguyên tử: 181 picometers.
Tính chất hóa học
Neodymium kim loại bị xỉn màu chậm trong không khí và dễ cháy ở khoảng 150 ° C để tạo thành neodymium (III) oxit:
4Nd + 3O2→ 2Nd2O3
Đây là một phần tử điện động. Nó phản ứng chậm với nước lạnh, nhưng khá nhanh với nước nóng, tạo thành neodymium (III) hydroxit:
2Nd (s) + 6H2O (l) → 2Nd (OH)3(aq) + 3H 2(g)
Kim loại phản ứng mạnh với tất cả các halogen, dễ tan trong axit sunfuric loãng tạo thành dung dịch chứa ion Nd (III) màu tím.
Sản xuất
Neodymium kim loại không bao giờ xuất hiện như một nguyên tố tự do trong tự nhiên. Nó được khai thác từ các loại quặng nhưlibenäsite và monazite, trong đó nó được liên kết với các đèn lồng khác và các nguyên tố khác. Các khu vực khai thác chính của các khoáng sản này nằm ở Trung Quốc, Mỹ, Brazil, Ấn Độ, Sri Lanka và Australia. Các khoản tiền gửi nhỏ cũng đã được khám phá ở Nga.
Trữ lượng neodymium ước tính khoảng 8 triệu tấn. Nồng độ của nó trong vỏ Trái đất là khoảng 38 mg / kg, cao thứ hai trong số các nguyên tố đất hiếm sau xeri. Sản lượng kim loại thế giới khoảng 7000 tấn. Phần sản xuất chính thuộc về Trung Quốc. Chính phủ Trung Quốc gần đây đã công nhận nguyên tố này là quan trọng về mặt chiến lược và áp đặt các hạn chế đối với xuất khẩu của nó, gây ra một số lo ngại ở các nước tiêu dùng và khiến giá neodymium tăng mạnh lên 500 đô la. Ngày nay, giá trung bình cho mỗi kg kim loại nguyên chất dao động trong khoảng $ 300-350, các oxit neodymium rẻ hơn: $ 70-130.
Có những trường hợp giá trị của kim loại giảm xuống còn 40 đô la do buôn bán bất hợp pháp, vượt qua các hạn chế của chính phủ Trung Quốc. Những bất ổn về giá cả và tính sẵn có đã khiến các công ty Nhật Bản phát triển nam châm vĩnh cửu và các động cơ điện liên quan có ít hoặc không có nguyên tố đất hiếm.
