Neodym er et kjemisk grunnstoff med symbolet Nd og atomnummer 60. Det er et mykt, sølvfarget metall som anløper i luft. Den ble oppdaget i 1885 av den østerrikske kjemikeren Carl Auer von Welsbach. Stoffet finnes i betydelige mengder i monazittsandforekomster og i mineralet bastnäsitt.
Historie
Det sjeldne jordmetallet neodym ble oppdaget av den østerrikske kjemikeren baron Karl Auer von Welsbach i Wien i 1885. Forskeren isolerte et nytt stoff (så vel som grunnstoffet praseodym) fra et materiale kjent som didymium ved fraksjonert krystallisering av dobbelt ammoniumnitrat-tetrahydrat fra salpetersyre, etter separasjon ved spektroskopisk analyse. Men før 1925 var det ikke mulig å skaffe grunnstoffet i sin reneste form.
Frem til slutten av 1940-tallet var den viktigste kommersielle metoden for å produsere metall dobbeltkrystallisering av nitrater. Metoden er ineffektiv, og mengden av stoffet som ble oppnådd var liten. Lindsay Chemical Division var den første som startet storskala produksjon av neodymionebytterensemetode. Siden 1950-tallet har det høyrensede (over 99%) grunnstoffet hovedsakelig blitt produsert ved en ionebytteprosess fra monazitt som er rik på sjeldne jordarter ved elektrolyse av halogens altene.
For tiden er det meste av metallisk neodym utvunnet fra bastnäsitt. Fremskritt innen teknologi og utvikling av forbedrede rengjøringsmetoder har gjort det mye brukt i industrien.
Description
Det kjemiske elementet forekommer ikke naturlig i metallisk form, det skilles fra stoffet didymium, hvor det er blandet med andre lantanider (spesielt med praseodym). Selv om neodym er klassifisert som et sjeldent jordmetall, er det et ganske vanlig grunnstoff, som forekommer minst like ofte som kobolt, nikkel eller kobber, og er vidt distribuert i jordskorpen. Det meste av stoffet kommer fra Kina.
Neodymforbindelser ble først brukt kommersielt som glassfargestoffer i 1927 og er fortsatt et populært tilsetningsstoff i brilleglass. Fargen på neodymforbindelser på grunn av tilstedeværelsen av Nd3+ ioner har ofte en rødlilla fargetone, men dette varierer avhengig av type belysning.
Application
Ndodymium-dopede linser brukes i lasere som sender ut infrarød stråling med bølgelengder mellom 1047 og 1062 nanometer. De brukes i systemer med ekstremt høy effekt, for eksempel i eksperimenter på treghetinneslutning.
Nd:metall brukes også med andre krystaller (som yttriumaluminiumgranat) i Nd:YAG-lasere. Dette oppsettet sender vanligvis ut infrarøde stråler med en bølgelengde på rundt 1064 nm. Det er en av de mest brukte solid state-laserne.
En annen viktig bruk av neodymmetall er som en forsterkende komponent i legeringer som brukes til å lage kraftige permanentmagneter med høy styrke. De er mye brukt i produkter som mikrofoner, profesjonelle høyttalere, øretelefoner, høyytelses likestrømsmotorer, datamaskinharddisker, der det kreves lav magnetisk masse (volum) eller sterke magnetiske felt.
Store neodymmagneter brukes i elektriske motorer med høy effekt og vekt (f.eks. hybridbiler) og generatorer (f.eks. elektriske generatorer til fly og vindparker). Elementet brukes også til å herde noen legeringer. For eksempel blir titan halvannen ganger sterkere etter å ha tilsatt bare 1,5 % av dette stoffet.
Fysiske egenskaper
Metallisk neodym finnes i klassisk mischmetal (en legering av sjeldne jordartsmetaller), hvor konsentrasjonen vanligvis er i størrelsesorden 18 %. I sin rene form har elementet en lys sølvgull metallisk glans, men oksiderer raskt i vanlig luft. Et oksidlag dannes og flasser av, og utsetter metallet for ytterligere oksidasjon. Og dermed,centimeter prøve av stoffet er fullstendig oksidert i løpet av et år.
Neodym eksisterer vanligvis i to allotropiske former, med en senter-til-senter-transformasjon fra en dobbel sekskantet kubisk struktur. Den begynner å smelte ved 1024°C og koke ved 3074°C. Tettheten av stoff i fast fase er 7,01 g/cm3, i flytende tilstand er 6,89 g/cm3.
Atomiske egenskaper:
- Oksidasjonstilstand: +4, +3, +2 (basisk oksid).
- Elektronegativitet: 1, 14 (avstemningsskala).
- Vermeledningsevne: 16,5 W/(m K).
- Ioniseringsenergi: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- radius av et atom: 181 pikometer.
Kjemiske egenskaper
Metal neodym anløper sakte i luft og brenner lett ved rundt 150°C for å danne neodym(III)-oksid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Dette er et elektropositivt element. Den reagerer sakte med kaldt vann, men ganske raskt med varmt vann, og danner neodym(III)-hydroksid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metallet reagerer kraftig med alle halogener, løses lett opp i fortynnet svovelsyre for å danne løsninger som inneholder det fiolette Nd(III)-ionet.
Produksjon
Neodymmetall forekommer aldri som et fritt element i naturen. Det utvinnes fra malm som f.eksbastnäsitt og monazitt, der det er assosiert med andre lantanider og andre elementer. De viktigste gruveområdene for disse mineralene er lokalisert i Kina, USA, Brasil, India, Sri Lanka og Australia. Små forekomster har også blitt utforsket i Russland.
Reservene av neodym er estimert til rundt 8 millioner tonn. Konsentrasjonen i jordskorpen er omtrent 38 mg/kg, som er den nest høyeste blant de sjeldne jordartselementene etter cerium. Verdens metallproduksjon er rundt 7000 tonn. Hoveddelen av produksjonen tilhører Kina. Den kinesiske regjeringen anerkjente nylig elementet som strategisk viktig og innførte restriksjoner på eksporten, noe som skapte en viss bekymring i forbrukerland og provoserte en kraftig økning i prisen på neodym til $500. I dag varierer gjennomsnittsprisen per kilo rent metall mellom $300-350, neodymoksider er billigere: $70-130.
Det er tilfeller hvor verdien av metallet f alt til $40 på grunn av ulovlig handel, og omgå restriksjonene til den kinesiske regjeringen. Pris- og tilgjengelighetsusikkerhet har ført til at japanske selskaper har utviklet permanente magneter og relaterte elektriske motorer med færre eller ingen sjeldne jordartselementer.
