ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტი: „მუდმივი მაგნიტების მეფე“ - ნეოდიმი

ბასტნაზიტი

ნეოდიმი, ატომური ნომერი 60, ატომური წონა 144.24, ქერქში 0.00239%-იანი შემცველობით, ძირითადად მონაზიტსა და ბასტენეზიტში გვხვდება. ბუნებაში ნეოდიმიუმის შვიდი იზოტოპი არსებობს: ნეოდიმი 142, 143, 144, 145, 146, 148 და 150, რომელთა შორის ნეოდიმი 142-ს ყველაზე მაღალი შემცველობა აქვს. პრაზეოდიმიუმის გაჩენასთან ერთად, ნეოდიმიც გაჩნდა. ნეოდიმიუმის გამოჩენამ გაააქტიურა იშვიათმიწა ლითონების საბადო და მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა მასში. ასევე, გავლენა მოახდინა იშვიათმიწა ლითონების ბაზარზე.

ნეოდიმიუმის აღმოჩენა

კარლ ორვონ ველსბახი (1858-1929), ნეოდიმიუმის აღმომჩენი

1885 წელს ავსტრიელმა ქიმიკოსმა კარლ ორვონ ველსბახმა ვენაში აღმოაჩინა ნეოდიმი. მან გამოყო ნეოდიმი და პრაზეოდიმი სიმეტრიული ნეოდიმური მასალებიდან ამონიუმის ნიტრატის ტეტრაჰიდრატის აზოტმჟავასგან გამოყოფითა და კრისტალიზაციის გზით და ამავდროულად სპექტრული ანალიზით, თუმცა შედარებით სუფთა სახით ის მხოლოდ 1925 წელს გამოიყო.

1950-იანი წლებიდან მოყოლებული, მაღალი სისუფთავის ნეოდიმი (99%-ზე მეტი) ძირითადად მონაზიტის იონური გაცვლის პროცესით მიიღებოდა. თავად ლითონი მისი ჰალოგენიდური მარილის ელექტროლიზით მიიღება. ამჟამად, ნეოდიმიუმის უმეტესი ნაწილი (Ce,La,Nd,Pr)CO3F-დან ბასტა ნათანიტში მოიპოვება და გამხსნელით ექსტრაქციით იწმინდება. იონური გაცვლითი გაწმენდით მომზადებისთვის ყველაზე მაღალი სისუფთავე (ჩვეულებრივ > 99.99%) რჩება. რადგან პრაზეოდიმიუმის ბოლო კვალის მოცილება იმ ეპოქაში რთულია, როდესაც წარმოება ეტაპობრივ კრისტალიზაციის ტექნოლოგიაზე იყო დამოკიდებული, 1930-იან წლებში წარმოებულ ადრეულ ნეოდიმურ მინას თანამედროვე ვერსიასთან შედარებით უფრო სუფთა იისფერი ფერი და უფრო წითელი ან ნარინჯისფერი ფერის ტონი აქვს.

ნეოდიმი ლითონი

მეტალურ ნეოდიმს აქვს კაშკაშა ვერცხლისფერი მეტალის ბზინვარება, დნობის წერტილი 1024°C, სიმკვრივე 7.004 გ/სმ და პარამაგნეტიზმი. ნეოდიმი ერთ-ერთი ყველაზე აქტიური იშვიათმიწა ლითონია, რომელიც სწრაფად იჟანგება და მუქდება ჰაერში, შემდეგ წარმოქმნის ოქსიდის ფენას და შემდეგ აქერცლდება, რაც ლითონს შემდგომ დაჟანგვას აიძულებს. ამიტომ, ერთი სანტიმეტრის ზომის ნეოდიმიუმის ნიმუში სრულად იჟანგება ერთი წლის განმავლობაში. ის ნელა რეაგირებს ცივ წყალში და სწრაფად ცხელ წყალში.

ნეოდიმიუმის ელექტრონული კონფიგურაცია

ელექტრონული კონფიგურაცია:

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

ნეოდიმიუმის ლაზერული მუშაობა განპირობებულია 4f ორბიტალური ელექტრონების სხვადასხვა ენერგეტიკულ დონეებს შორის გადასვლით. ეს ლაზერული მასალა ფართოდ გამოიყენება კომუნიკაციაში, ინფორმაციის შენახვაში, სამედიცინო მკურნალობაში, დამუშავებაში და ა.შ. მათ შორის, იტრიუმის ალუმინის გარნეტი Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) ფართოდ გამოიყენება შესანიშნავი შესრულებით, ხოლო Nd-დოპირებული გადოლინიუმის სკანდიუმის გალიუმის გარნეტი უფრო მაღალი ეფექტურობით.

ნეოდიმიუმის გამოყენება

ნეოდიმიუმის ყველაზე დიდი მომხმარებელი NdFeB მუდმივი მაგნიტის მასალაა. NdFeB მაგნიტს მაღალი მაგნიტური ენერგიის გამო „მუდმივი მაგნიტების მეფეს“ უწოდებენ. შესანიშნავი მუშაობის გამო, ის ფართოდ გამოიყენება ელექტრონიკაში, მანქანათმშენებლობასა და სხვა ინდუსტრიებში. ფრენსის უოლმა, დიდი ბრიტანეთის ექსეტერის უნივერსიტეტის კამბერლენდის სამთო სკოლის გამოყენებითი სამთო მოპოვების პროფესორმა, განაცხადა: „მაგნიტების თვალსაზრისით, ნეოდიმიუმს ვერაფერი შეედრება. ალფა მაგნიტური სპექტრომეტრის წარმატებული განვითარება მიუთითებს, რომ ჩინეთში NdFeB მაგნიტების მაგნიტური თვისებები მსოფლიო დონის ნიშნულს ავიდა“.

ნეოდიმიუმის მაგნიტი მყარ დისკზე

ნეოდიმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას კერამიკის, კაშკაშა იისფერი მინის, ლაზერში ხელოვნური ლალის და სპეციალური მინის დასამზადებლად, რომელსაც შეუძლია ინფრაწითელი სხივების ფილტრაცია. გამოიყენება პრაზეოდიმიუმთან ერთად მინის სათვალეების დასამზადებლად მინის სათვალეების დასამზადებლად.

მაგნიუმის ან ალუმინის შენადნობში 1.5%~2.5% ნანონეოდიმიუმის ოქსიდის დამატებამ შეიძლება გააუმჯობესოს შენადნობის მაღალტემპერატურული მახასიათებლები, ჰერმეტულობა და კოროზიისადმი მდგრადობა და ის ფართოდ გამოიყენება როგორც ავიაციისთვის აერონავტიკური მასალა.

ნანო-იტრიუმის ალუმინის გარნეტი, დოპირებული ნანო-ნეოდიმიუმის ოქსიდით, წარმოქმნის მოკლეტალღოვან ლაზერულ სხივს, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში 10 მმ-ზე ნაკლები სისქის თხელი მასალების შედუღებისა და ჭრისთვის.

Nd:YAG ლაზერული ღერო

სამედიცინო მკურნალობაში, ქირურგიული ჭრილობების მოსაშორებლად ან დეზინფექციისთვის, ქირურგიული დანების ნაცვლად, გამოიყენება ნანონეოდიმიუმის ოქსიდით დოპირებული ნანო იტრიუმის ალუმინის გარნეტის ლაზერი.

ნეოდიმიუმის მინა მზადდება მინის ნალექში ნეოდიმიუმის ოქსიდის დამატებით. ლავანდისფერი, როგორც წესი, ნეოდიმურ მინაში ჩნდება მზის შუქზე ან ინკანდესენტურ ნათურაზე, მაგრამ ღია ლურჯი ფერი ჩნდება ფლუორესცენტური ნათურის განათების ქვეშ. ნეოდიმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინის ისეთი ნაზი ტონების შესაღებად, როგორიცაა სუფთა იისფერი, ღვინისფერი წითელი და თბილი ნაცრისფერი.

ნეოდიმიუმის მინა

მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებასთან და იშვიათმიწა მეტალების მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების გაფართოებასთან ერთად, ნეოდიმი უფრო ფართო გამოყენების სივრცეს მიიღებს.