Elemento máxico de terras raras: "Rei dos imáns permanentes": neodimio

bastnasita

O neodimio, de número atómico 60 e peso atómico 144,24, cun contido do 0,00239 % na codia, existe principalmente na monacita e na bastnaesita. Existen sete isótopos de neodimio na natureza: neodimio 142, 143, 144, 145, 146, 148 e 150, entre os cales o neodimio 142 ten o maior contido. Co nacemento do praseodimio, xurdiu o neodimio. A chegada do neodimio activou o campo das terras raras e xogou un papel importante nel. E inflúe no mercado das terras raras.

Descubrimento do neodimio

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), o descubridor do neodimio

En 1885, o químico austríaco Carl Orvon Welsbach (Carl Auer von Welsbach) descubriu o neodimio en Viena. Separou o neodimio e o praseodimio de materiais de neodimio simétricos separando e cristalizando o tetrahidrato de nitrato de amonio do ácido nítrico e, ao mesmo tempo, separouno mediante análise espectral, pero non se separou nunha forma relativamente pura ata 1925.

Desde a década de 1950, o neodimio de alta pureza (máis do 99 %) obtívose principalmente mediante o proceso de intercambio iónico da monacita. O metal en si obtense electrolizando o seu sal de haluro. Na actualidade, a maior parte do neodimio extráese de (Ce,La,Nd,Pr)CO3F en natanita e purifícase mediante extracción con solventes. A purificación por intercambio iónico reserva esa pureza máis alta (xeralmente > 99,99 %) para a súa preparación. Debido a que é difícil eliminar o último rastro de praseodimio na época na que a fabricación dependía da tecnoloxía de cristalización por etapas, o vidro de neodimio inicial fabricado na década de 1930 ten unha cor púrpura máis pura e un ton de cor máis vermello ou laranxa que a versión moderna.

Neodimio metálico

O neodimio metálico ten un brillo metálico prateado brillante, un punto de fusión de 1024 °C, unha densidade de 7,004 g/cm e paramagnetismo. O neodimio é un dos metais de terras raras máis activos, que se oxida e escurece rapidamente no aire, logo forma unha capa de óxido e despois se desprende, expoñendo o metal a unha maior oxidación. Polo tanto, a mostra de neodimio cun tamaño dun centímetro oxídase completamente nun ano. Reacciona lentamente en auga fría e rapidamente en auga quente.

Configuración electrónica do neodimio

Configuración electrónica:

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

O rendemento láser do neodimio débese á transición dos electróns orbitais 4f entre diferentes niveis de enerxía. Este material láser úsase amplamente en comunicacións, almacenamento de información, tratamento médico, mecanizado, etc. Entre eles, o granate de itrio e aluminio Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) úsase amplamente, cun excelente rendemento, e o granate de gadolinio, escandio e galio dopado con Nd, cunha maior eficiencia.

Aplicación do neodimio

O maior usuario de neodimio é o material magnético permanente NdFeB. O imán de NdFeB é chamado "o rei dos imáns permanentes" debido ao seu alto produto de enerxía magnética. Úsase amplamente en electrónica, maquinaria e outras industrias polo seu excelente rendemento. Francis Wall, profesor de minería aplicada na Escola de Minería de Cumberland da Universidade de Exeter, Reino Unido, dixo: "En termos de imáns, realmente non hai nada que poida competir co neodimio. O desenvolvemento exitoso do espectrómetro magnético alfa indica que as propiedades magnéticas dos imáns de NdFeB na China alcanzaron o nivel de clase mundial".

Imán de neodimio nun disco duro

O neodimio pódese usar para fabricar cerámica, vidro púrpura brillante, rubí artificial en láser e vidro especial que pode filtrar os raios infravermellos. Úsase xunto co praseodimio para fabricar lentes para sopradores de vidro.

Engadir óxido de nanoneodimio de 1,5 % a 2,5 % a unha aliaxe de magnesio ou aluminio pode mellorar o rendemento a altas temperaturas, a estanqueidade e a resistencia á corrosión da aliaxe, e úsase amplamente como material aeroespacial para a aviación.

O granate de nano-itrio e aluminio dopado con nano-óxido de neodimio produce un feixe láser de onda curta, que se emprega amplamente na industria para soldar e cortar materiais delgados con espesores inferiores a 10 mm.

Varilla láser Nd:YAG

No tratamento médico, o láser de granate de aluminio e nanoitrio dopado con óxido de nanoneodimio úsase para eliminar feridas cirúrxicas ou desinfectar feridas en lugar de bisturí.

O vidro de neodimio fabrícase engadindo óxido de neodimio ao vidro fundido. A lavanda adoita aparecer no vidro de neodimio baixo a luz solar ou nunha lámpada incandescente, pero o azul claro aparece baixo a iluminación dunha lámpada fluorescente. O neodimio pódese usar para colorear tons delicados do vidro como o violeta puro, o tinto viño e o gris cálido.

vidro de neodimio

Co desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía e a expansión e extensión da ciencia e a tecnoloxía de terras raras, o neodimio terá un espazo de utilización máis amplo