Neodym je chemický prvok so symbolom Nd a atómovým číslom 60. Je to mäkký, striebristý kov, ktorý na vzduchu bledne. Objavil ho v roku 1885 rakúsky chemik Carl Auer von Welsbach. Látka je prítomná vo významných množstvách v monazitových pieskových ložiskách a v minerálnom bastnäsite.
História
Kov vzácnych zemín neodým objavil rakúsky chemik barón Karl Auer von Welsbach vo Viedni v roku 1885. Novú látku (ako aj prvok prazeodým) vedec izoloval z materiálu známeho ako didymium frakčnou kryštalizáciou podvojného tetrahydrátu dusičnanu amónneho z kyseliny dusičnej, po oddelení spektroskopickou analýzou. Avšak až do roku 1925 nebolo možné získať prvok v jeho najčistejšej forme.
Do konca 40. rokov 20. storočia bola hlavnou komerčnou metódou výroby kovu dvojitá kryštalizácia dusičnanov. Metóda je neúčinná a množstvo získanej látky bolo malé. Lindsay Chemical Division bola prvá, ktorá začala vo veľkom vyrábať neodýmmetóda čistenia iónovou výmenou. Od 50. rokov 20. storočia sa vysoko čistý prvok (nad 99 %) vyrába hlavne iónovou výmenou z monazitu bohatého na vzácne zeminy elektrolýzou jeho halogenidových solí.
V súčasnosti sa väčšina kovového neodýmu získava z bastnäsitu. Pokrok v technológii a vývoj vylepšených metód čistenia spôsobili, že sa v priemysle široko používa.
Popis
Chemický prvok sa prirodzene nevyskytuje v kovovej forme, je oddelený od látky didymium, v ktorej je zmiešaný s inými lantanoidmi (najmä s prazeodýmom). Hoci je neodým klasifikovaný ako kov vzácnych zemín, je to pomerne bežný prvok, ktorý sa vyskytuje prinajmenšom tak často ako kob alt, nikel alebo meď a je široko rozšírený v zemskej kôre. Väčšina látky pochádza z Číny.
Zlúčeniny neodýmu boli prvýkrát komerčne použité ako farbivá na sklo v roku 1927 a zostávajú populárnou prísadou do okuliarových šošoviek. Farba zlúčenín neodýmu v dôsledku prítomnosti iónov Nd3+ má často červenofialový odtieň, ktorý sa však líši v závislosti od typu osvetlenia.
Aplikácia
Ndodýmom dopované šošovky sa používajú v laseroch, ktoré vyžarujú infračervené žiarenie s vlnovými dĺžkami medzi 1047 a 1062 nanometrami. Používajú sa v systémoch s extrémne vysokým výkonom, napríklad pri experimentoch so zotrvačnosťouobmedzenie.
Nd:kov sa používa aj s inými kryštálmi (ako je ytriový hliníkový granát) v laseroch Nd:YAG. Toto nastavenie zvyčajne vyžaruje infračervené lúče s vlnovou dĺžkou približne 1064 nm. Je to jeden z najbežnejšie používaných laserov v pevnej fáze.
Ďalším dôležitým využitím neodýmového kovu je ako výstužný komponent v zliatinách používaných na výrobu silných, vysoko pevných permanentných magnetov. Široko sa používajú v produktoch, ako sú mikrofóny, profesionálne reproduktory, slúchadlá do uší, vysokovýkonné jednosmerné motory, počítačové pevné disky, kde sa vyžaduje nízka magnetická hmotnosť (objem) alebo silné magnetické polia.
Veľké neodýmové magnety sa používajú vo vysokovýkonných a ťažkých elektromotoroch (napr. hybridné autá) a generátoroch (napr. elektrické generátory lietadiel a veterných fariem). Prvok sa tiež používa na tvrdenie niektorých zliatin. Napríklad titán sa stane jedenapolkrát silnejším po pridaní iba 1,5 % tejto látky.
Fyzikálne vlastnosti
Kovový neodým je prítomný v klasickom mischmetale (zliatina prvkov vzácnych zemín), kde je jeho koncentrácia zvyčajne rádovo 18%. Vo svojej čistej forme má prvok jasný strieborno-zlatý kovový lesk, ale na bežnom vzduchu rýchlo oxiduje. Vytvorí sa vrstva oxidu a odlupuje sa, čím je kov vystavený ďalšej oxidácii. tedacentimetrová vzorka látky sa do roka úplne zoxiduje.
Neodym zvyčajne existuje v dvoch alotropných formách s premenou zo stredu do stredu z dvojitej hexagonálnej kubickej štruktúry. Začína sa topiť pri 1024 °C a vrieť pri 3074 °C. Hustota hmoty v tuhej fáze je 7,01 g/cm3, v kvapalnom stave je 6,89 g/cm3.
Atómové vlastnosti:
- Oxidačný stav: +4, +3, +2 (zásaditý oxid).
- Elektronegativita: 1, 14 (mierka prieskumu).
- Tepelná vodivosť: 16,5 W/(m K).
- Ionizačná energia: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Polomer atómu: 181 pikometrov.
Chemické vlastnosti
Kovový neodým na vzduchu pomaly bledne a ľahko horí pri teplote okolo 150 °C za vzniku oxidu neodýmu (III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Toto je elektropozitívny prvok. So studenou vodou reaguje pomaly, ale s horúcou vodou pomerne rýchlo za vzniku hydroxidu neodýmu (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Kov prudko reaguje so všetkými halogénmi, ľahko sa rozpúšťa v zriedenej kyseline sírovej za vzniku roztokov, ktoré obsahujú fialový ión Nd(III).
Produkcia
Neodymový kov sa v prírode nikdy nevyskytuje ako voľný prvok. Ťaží sa z rúd ako naprbastnäsit a monazit, v ktorých je spojený s inými lantanoidmi a inými prvkami. Hlavné oblasti ťažby týchto nerastov sa nachádzajú v Číne, USA, Brazílii, Indii, na Srí Lanke a v Austrálii. Malé ložiská boli preskúmané aj v Rusku.
Zásoby neodýmu sa odhadujú na približne 8 miliónov ton. Jeho koncentrácia v zemskej kôre je asi 38 mg/kg, čo je druhá najvyššia medzi prvkami vzácnych zemín po céri. Svetová produkcia kovov je asi 7000 ton. Hlavná časť produkcie patrí Číne. Vláda ČĽR nedávno uznala tento prvok za strategicky dôležitý a zaviedla obmedzenia na jeho vývoz, čo vyvolalo v spotrebiteľských krajinách určité obavy a vyvolalo prudký nárast ceny neodýmu na 500 USD. Dnes sa priemerná cena za kilogram čistého kovu pohybuje medzi 300-350 $, oxidy neodýmu sú lacnejšie: 70-130 $.
Existujú prípady, keď hodnota kovu klesla na 40 dolárov v dôsledku nezákonného obchodu, čím sa obchádzali obmedzenia čínskej vlády. Neistoty týkajúce sa cien a dostupnosti viedli japonské spoločnosti k vývoju permanentných magnetov a súvisiacich elektrických motorov s menším počtom alebo žiadnymi prvkami vzácnych zemín.
