العنصر السحري للأرض النادرة: "ملك المغناطيس الدائم" - النيوديميوم

باستناسيت

النيوديميوم، العدد الذري 60، الوزن الذري 144.24، ومحتوى القشرة 0.00239%، ويوجد بشكل رئيسي في المونازيت والباستناسيت. هناك سبعة نظائر للنيوديميوم في الطبيعة: النيوديميوم 142، 143، 144، 145، 146، 148 و150، ومن بينها النيوديميوم 142 الذي يحتوي على أعلى محتوى. مع ولادة البراسيوديميوم، ظهر النيوديميوم إلى الوجود. أدى وصول النيوديميوم إلى تنشيط مجال الأتربة النادرة ولعب دورًا مهمًا فيه. ويؤثر على سوق الأتربة النادرة.

اكتشاف النيوديميوم

كارل أورفون ويلسباخ (1858-1929)، مكتشف النيوديميوم

في عام 1885، اكتشف الكيميائي النمساوي كارل أورفون ويلسباخ كارل أوير فون ويلسباخ النيوديميوم في فيينا. قام بفصل النيوديميوم والبراسيوديميوم عن مواد النيوديميوم المتماثلة عن طريق فصل وبلورة رباعي هيدرات نترات الأمونيوم عن حمض النيتريك، وفي نفس الوقت تم فصلهما عن طريق التحليل الطيفي، ولكن لم يتم فصلهما بشكل نقي نسبيًا حتى عام 1925.

منذ خمسينيات القرن العشرين، تم الحصول على النيوديميوم عالي النقاء (أكثر من 99٪) بشكل رئيسي عن طريق عملية التبادل الأيوني للمونازيت. يتم الحصول على المعدن نفسه عن طريق التحليل الكهربائي لملح الهاليد الخاص به. في الوقت الحاضر، يتم استخراج معظم النيوديميوم من (Ce، La، Nd، Pr) CO3F في باستا ناثانيت ويتم تنقيته عن طريق الاستخلاص بالمذيبات. تحتفظ تنقية التبادل الأيوني بأعلى درجة نقاء (عادة> 99.99٪) للتحضير. نظرًا لأنه من الصعب إزالة آخر أثر للبراسيوديميوم في العصر الذي يعتمد فيه التصنيع على تقنية البلورة المتدرجة، فإن زجاج النيوديميوم المبكر الذي تم تصنيعه في ثلاثينيات القرن العشرين يتمتع بلون أرجواني أنقى. ودرجة لون حمراء أو برتقالية أكثر من الإصدار الحديث.

معدن النيوديميوم

النيوديميوم المعدني له بريق معدني فضي لامع، ونقطة انصهار تبلغ 1024 درجة مئوية، وكثافة 7.004 جم / سم 3، ومغناطيسية مسايرة. النيوديميوم هو أحد أكثر المعادن الأرضية النادرة نشاطًا، والذي يتأكسد بسرعة ويصبح داكنًا في الهواء، ثم يشكل طبقة أكسيد ثم يتقشر، مما يعرض المعدن لمزيد من الأكسدة. ولذلك، فإن عينة النيوديميوم بحجم سنتيمتر واحد تتأكسد بالكامل خلال عام واحد. يتفاعل ببطء في الماء البارد وبسرعة في الماء الساخن.

التكوين الإلكتروني النيوديميوم

التكوين الإلكتروني:

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

يرجع أداء الليزر للنيوديميوم إلى انتقال الإلكترونات المدارية 4f بين مستويات الطاقة المختلفة. يتم استخدام مادة الليزر هذه على نطاق واسع في الاتصالات، وتخزين المعلومات، والعلاج الطبي، والتصنيع، وما إلى ذلك. من بينها، عقيق ألومنيوم الإيتريوم Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) يستخدم على نطاق واسع مع أداء ممتاز، وعقيق الجادولينيوم سكانديوم جاليوم المخدر Nd مع أعلى كفاءة.

تطبيق النيوديميوم

أكبر مستخدم للنيوديميوم هو مادة المغناطيس الدائم NdFeB. يُطلق على مغناطيس NdFeB لقب "ملك المغناطيس الدائم" بسبب منتجه ذو الطاقة المغناطيسية العالية. يستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات والآلات وغيرها من الصناعات لأدائه الممتاز. وقال فرانسيس وول، أستاذ التعدين التطبيقي في كلية كمبرلاند للتعدين بجامعة إكستر بالمملكة المتحدة: "فيما يتعلق بالمغناطيس، لا يوجد حقًا شيء يمكنه منافسة النيوديميوم. ويشير التطوير الناجح لمطياف ألفا المغناطيسي إلى أن الخصائص المغناطيسية دخلت مغناطيس ندفيب في الصين إلى المستوى العالمي.

مغناطيس النيوديميوم على القرص الصلب

يمكن استخدام النيوديميوم في صناعة السيراميك والزجاج الأرجواني اللامع والياقوت الاصطناعي بالليزر والزجاج الخاص الذي يمكنه تصفية الأشعة تحت الحمراء. يستخدم مع البراسيوديميوم لصنع نظارات واقية لمنفاخ الزجاج.

إن إضافة 1.5% ~ 2.5% من أكسيد النيوديميوم النانوي إلى سبائك المغنيسيوم أو الألومنيوم يمكن أن يحسن الأداء في درجات الحرارة العالية، وضيق الهواء ومقاومة التآكل للسبائك، ويستخدم على نطاق واسع كمواد فضائية للطيران.

ينتج عقيق الألومنيوم النانويتريوم المشوب بأكسيد النيوديميوم النانوي شعاع ليزر قصير الموجة، والذي يستخدم على نطاق واسع في لحام وقطع المواد الرقيقة بسمك أقل من 10 مم في الصناعة.

Nd: YAG قضيب ليزر

في العلاج الطبي، يتم استخدام ليزر نانو إيتريوم ألومنيوم جارنيت المشوب بأكسيد النيوديميوم النانوي لإزالة الجروح الجراحية أو تطهير الجروح بدلاً من السكاكين الجراحية.

يتم تصنيع زجاج النيوديميوم عن طريق إضافة أكسيد النيوديميوم إلى ذوبان الزجاج. عادة ما يظهر الخزامى في زجاج النيوديميوم تحت ضوء الشمس أو المصباح المتوهج، ولكن اللون الأزرق الفاتح يظهر تحت إضاءة مصباح الفلورسنت. يمكن استخدام النيوديميوم لتلوين ظلال الزجاج الرقيقة مثل البنفسجي النقي والأحمر النبيذي والرمادي الدافئ.

زجاج النيوديميوم

مع تطور العلوم والتكنولوجيا وتوسيع وتوسيع علوم وتكنولوجيا الأرض النادرة، سيكون للنيوديميوم مساحة استخدام أوسع