نيوديميوم عنصر كيميائي برمز Nd ورقمه الذري 60. إنه معدن ناعم فضي يتلطخ في الهواء. تم اكتشافه في عام 1885 من قبل الكيميائي النمساوي Carl Auer von Welsbach. المادة موجودة بكميات كبيرة في رواسب رمل المونازيت وفي معدن البستني.
التاريخ
تم اكتشاف النيوديميوم المعدني النادر من قبل الكيميائي النمساوي البارون كارل أوير فون ويلسباخ في فيينا عام 1885. عزل العالم مادة جديدة (بالإضافة إلى عنصر البراسيوديميوم) من مادة تعرف باسم الديديميوم عن طريق التبلور الجزئي لنترات الأمونيوم المزدوجة رباعي هيدرات من حمض النيتريك ، بعد الفصل عن طريق التحليل الطيفي. ومع ذلك ، حتى عام 1925 لم يكن من الممكن الحصول على العنصر في أنقى صوره.
حتى أواخر الأربعينيات من القرن الماضي ، كانت الطريقة التجارية الرئيسية لإنتاج المعدن هي التبلور المزدوج للنترات. الطريقة غير فعالة ، وكمية المادة التي تم الحصول عليها كانت صغيرة. كان قسم Lindsay Chemical هو أول من بدأ الإنتاج على نطاق واسع من النيوديميومطريقة تنقية التبادل الأيوني. منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، تم إنتاج العنصر عالي النقاء (فوق 99٪) بشكل أساسي من خلال عملية التبادل الأيوني من المونازيت الغني بالأرض النادرة عن طريق التحليل الكهربائي لأملاح الهاليد.
حاليًا ، يتم استخراج معظم النيوديميوم المعدني من bastnäsite. أدى التقدم التكنولوجي وتطوير أساليب التنظيف المحسنة إلى جعلها تستخدم على نطاق واسع في الصناعة.
الوصف
لا يوجد العنصر الكيميائي بشكل طبيعي في شكل معدني ، بل يتم فصله عن مادة الديديميوم ، حيث يتم مزجه مع اللانثانيدات الأخرى (على وجه الخصوص ، مع البراسيوديميوم). على الرغم من تصنيف النيوديميوم على أنه معدن أرضي نادر ، إلا أنه عنصر شائع إلى حد ما ، يحدث على الأقل في كثير من الأحيان مثل الكوبالت أو النيكل أو النحاس ، ويتم توزيعه على نطاق واسع في قشرة الأرض. تأتي معظم المادة من الصين.
تم استخدام مركبات النيوديميوم لأول مرة تجاريًا كملونات للزجاج في عام 1927 وظلت مادة مضافة شائعة في عدسات النظارات. لون مركبات النيوديميوم بسبب وجود Nd3 +أيونات غالبًا ما يكون له صبغة أرجوانية ضاربة إلى الحمرة ، لكن هذا يختلف باختلاف نوع الإضاءة.
التطبيق
تستخدم العدسات المخدرة Ndodymium في أجهزة الليزر التي تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية تتراوح بين 1047 و 1062 نانومتر. يتم استخدامها في أنظمة ذات طاقة عالية للغاية ، على سبيل المثال ، في تجارب بالقصور الذاتيالاحتواء.
Nd: يستخدم المعدن أيضًا مع بلورات أخرى (مثل عقيق الألومنيوم الإيتريوم) في ليزر Nd: YAG. يُصدر هذا الإعداد عادةً أشعة تحت حمراء بطول موجة يبلغ حوالي 1064 نانومتر. إنه أحد أكثر أنواع ليزر الحالة الصلبة استخدامًا.
استخدام مهم آخر لمعدن النيوديميوم هو كعنصر تقوية في السبائك المستخدمة لصنع مغناطيس دائم قوي وعالي القوة. تُستخدم على نطاق واسع في منتجات مثل الميكروفونات ومكبرات الصوت الاحترافية وسماعات الرأس داخل الأذن ومحركات التيار المستمر عالية الأداء ومحركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر ، حيث يلزم وجود كتلة مغناطيسية منخفضة (حجم) أو مجالات مغناطيسية قوية.
يتم استخدام مغناطيس نيوديميوم كبير في المحركات الكهربائية عالية الطاقة والوزن (مثل السيارات الهجينة) والمولدات (مثل المولدات الكهربائية للطائرات ومزارع الرياح). أيضًا ، يتم استخدام العنصر لتقوية بعض السبائك. على سبيل المثال ، يصبح التيتانيوم أقوى مرة ونصف بعد إضافة 1.5٪ فقط من هذه المادة.
الخصائص الفيزيائية
النيوديميوم المعدني موجود في Mischmetal الكلاسيكي (سبيكة من العناصر الأرضية النادرة) ، حيث يكون تركيزه عادة في حدود 18٪. في شكله النقي ، يحتوي العنصر على بريق معدني ذهبي فضي لامع ، ولكنه يتأكسد بسرعة في الهواء العادي. تتكون طبقة أكسيد وتتقشر ، مما يعرض المعدن لمزيد من الأكسدة. هكذا،تتأكسد عينة السنتيمتر من المادة بالكامل خلال عام.
يوجد النيوديميوم عادة في شكلين متآصلين ، مع تحول من المركز إلى المركز من هيكل مكعب سداسي مزدوج. يبدأ الذوبان عند 1024 درجة مئوية ويغلي عند 3074 درجة مئوية. كثافة المادة في الطور الصلب 7.01 جم / سم3، في الحالة السائلة 6.89 جم / سم3.
الخصائص الذرية:
- حالة الأكسدة: +4 ، +3 ، +2 (أكسيد قاعدي).
- الكهربية: 1 ، 14 (مقياس الاقتراع)
- الموصلية الحرارية: 16.5 واط / (م · ك).
- طاقة التأين: 1: 533 ، 1 كيلوجول / مول ، 2: 1040 كيلوجول / مول ، 3: 2130 كيلوجول / مول.
- نصف قطر الذرة: 181 بيكومتر.
الخصائص الكيميائية
معدن النيوديميوم يشوه ببطء في الهواء ويحترق بسهولة عند حوالي 150 درجة مئوية لتكوين أكسيد النيوديميوم (III):
4Nd + 3O2→ 2Nd2O3
هذا عنصر موجب للكهرباء. يتفاعل ببطء مع الماء البارد ، ولكن سريعًا مع الماء الساخن ، مكونًا هيدروكسيد النيوديميوم (III):
2Nd (s) + 6H2O (l) → 2Nd (OH)3(aq) + 3H 2(ز)
يتفاعل المعدن بقوة مع جميع الهالوجينات ، ويذوب بسهولة في حمض الكبريتيك المخفف لتشكيل محاليل تحتوي على أيون البنفسجي Nd (III).
الإنتاج
لا يحدث معدن النيوديميوم أبدًا كعنصر حر في الطبيعة. يتم استخراجه من خامات مثلbastnäsite و monazite ، حيث يرتبط مع اللانثانيدات الأخرى وعناصر أخرى. تقع مناطق التعدين الرئيسية لهذه المعادن في الصين والولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل والهند وسريلانكا وأستراليا. كما تم استكشاف الودائع الصغيرة في روسيا.
احتياطيات النيوديميوم تقدر بحوالي 8 مليون طن. يبلغ تركيزه في قشرة الأرض حوالي 38 مجم / كجم ، وهو ثاني أعلى تركيز بين العناصر الأرضية النادرة بعد السيريوم. يبلغ إنتاج المعادن في العالم حوالي 7000 طن. الجزء الرئيسي من الإنتاج ينتمي إلى الصين. أدركت حكومة جمهورية الصين الشعبية مؤخرًا أن العنصر مهم استراتيجيًا وفرضت قيودًا على تصديره ، مما تسبب في بعض القلق في البلدان المستهلكة وأدى إلى زيادة حادة في سعر النيوديميوم إلى 500 دولار. اليوم ، متوسط سعر الكيلوغرام من المعدن النقي يتراوح بين 300-350 دولارًا ، وأكاسيد النيوديميوم أرخص: 70-130 دولارًا.
هناك حالات انخفضت فيها قيمة المعدن إلى 40 دولارًا بسبب التجارة غير المشروعة ، متجاوزة قيود الحكومة الصينية. أدت الشكوك المتعلقة بالأسعار والتوافر إلى قيام الشركات اليابانية بتطوير مغناطيس دائم ومحركات كهربائية ذات صلة بها عناصر أرضية نادرة قليلة أو معدومة.
