Neodīms (Nd) — ķīmiskais elements: īpašības, pielietojums un magnēti
Neodīms ir ķīmisks elements, kura simbols periodiskajā tabulā ir Nd. Tā atomu skaits ir 60, kas nozīmē, ka atomā ir 60 protoni. Neodīmu var apvienot ar citiem elementiem, piemēram, dzelzi un boru, lai izveidotu ļoti spēcīgu neodīma magnētu, kas spēj pacelt līdz pat 1000 reižu lielāku magnētu svaru nekā tie paši. Neodīms ir metāls, kas, nonākot gaisā, ap sevi veido oksīda pārklājumu. To parasti izmanto kā neodīma magnētus cietajos diskdziņos.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Neodīms ir sudrabaini balts, mīksts lanthanoīdu metāls ar relatīvi lielu blīvumu. Tā relatīvais atomelementa svars ir aptuveni 144,24 u, un elektronu konfigurācija parasti tiek raksturota kā [Xe]4f4 6s2. Neodīma kušanas temperatūra ir apmēram 1024 °C, vārīšanās temperatūra ap 3000 °C, un blīvums aptuveni 7 g/cm³.
Ķīmiski neodīms ir reaģents: tas ātri oksidējas gaisā un veido Nd2O3 oksīdu. Metāls reaģē ar skābēm, bet salīdzinoši lēnāk ar ūdeni nekā dažas vieglās metālu grupas. Tipiski savienojumi ir oksīdi, halogenīdi un kompleksi ar organiskajām ligandu grupām.
Izotopi un izcelsme
Neodīms dabā sastopams kā jaukto stabilo izotopu maisījums — biežākie izotopi ir 142Nd, 143Nd, 144Nd, 145Nd, 146Nd, 148Nd un 150Nd. Metāls tiek iegūts no retzemju minerālvielām, galvenokārt monazīta un bastnēsīta, kur tas parasti sastopams kopā ar citiem retzemju elementiem.
Ražošana un apstrāde
Neodīma rūpnieciskā iegūšana ietver minerālu ieguvi, skābju pārstrādi, reizēm termisku apstrādi un sarežģītu šķīdumu ekstrahēšanu (solventu ekstrakciju vai jonapmaiņu), lai atdalītu atsevišķos retzemju elementus. Tā kā neodīms reti sastopams tīrā veidā, separācijas process ir tehniski prasīgs un vides ziņā problemātisks.
Neodīma magnēti
Visplašāk pazīstamā neodīma lietošana ir NdFeB (neodīms-dzelzs-bors) cietie pastāvīgie magnēti (parasti formulā Nd2Fe14B). Tie ir vieni no spēcīgākajiem pastāvīgajiem magnētiem, ar ļoti augstu enerģētisko produktu un koercivitāti, kas ļauj iegūt kompaktus un jaudīgus magnētiskos risinājumus. NdFeB magnēti var būt daudzkārt spēcīgāki par tradicionālajiem ferīta magnētiem; to īpašības ļoti atvieglo elektromotoru, sensoru un audio ierīču konstrukciju.
Ražošanā izmanto divus galvenos paņēmienus: sinterēšanu (augstas stiprības magnēti) un saistīto (bonded) tehnoloģiju (elastīgāki, formējamāki izstrādājumi). Tā kā NdFeB magnēti ir jūtīgi pret koroziju, tos bieži pārklāj ar Ni, Zn, epoksīdu vai citiem aizsargkārtas materiāliem. Magnētu darbības temperatūra ir atkarīga no klases — Curie temperatūra Nd2Fe14B sastāvā ir relatīvi zema (~300 °C), tāpēc daži magnēti gūst stabilitāti tikai līdz noteiktai darba temperatūrai (parasti līdz 80–200 °C atkarībā no klases).
Pielietojumi
- Elektriskie motori un ģeneratori: elektromobiļi, droni, industriālie piedziņas risinājumi un vēja turbīnu tiešās piedziņas sistēmas.
- Elektronika un audio ierīces: cietie diskdziņi, austiņu un skaļruņu magnēti, mikrofoni un sensori.
- Lāzeri un optika: neodīms tiek lietots kā dopants Nd:YAG un citos lāzeros, kā arī speciāla krāsu stikla ražošanā (neodīma stikls).
- Medicīnas iekārtas un zinātniskās ierīces: specifiskos sensoros un dažkārt laboratorijas iekārtās; tomēr klasiskajās MRI iekārtās parasti izmanto citus materiālus.
- Katalīze un sakausējumi: retzemju elementi reizēm tiek pievienoti īpašiem sakausējumiem vai katalizatoriem.
Drošība un vides jautājumi
Metālisks neodīms ir reaģējošs; smalki daļiņu putekļi var viegli izraisīt ugunsgrēku vai eksplozīvu aizdegšanos. Tāpēc metālu bieži glabā eļļā vai zem inertā gāzes slāņa. Neodīma savienojumi parasti nav akūti toksiski, tomēr daži savienojumi var būt kaitīgi, ieelpojot putekļus vai nonākot saskarē ar ādu. Rūpnieciskajā ražošanā jāievēro drošas darba prakses.
Vides un sociālie jautājumi ir saistīti ar retzemju ieguvi un apstrādi: lielas atkritumu plūsmas, toksisku šķīdumu izmantošana ekstrahēšanas procesos un vietējo kopienu ietekme. Tāpēc pieaug uzmanība resursu ilgtspējīgai pārvaldībai un magnētu pārstrādei.
Atkritumu pārstrāde un piegādes drošība
Neodīms ir stratēģiski svarīgs elements, un tā piegādes ķēde ir koncentrēta dažās valstīs. Tāpēc pieaug interese par magnētu atkārtotu izmantošanu, mehānisku un hidrometalurģisku pārstrādi, kā arī par alternatīvām tehnoloģijām ar mazāku neodīma patēriņu. Magnētu pārstrāde ļauj samazināt izejvielu pieprasījumu un vides ietekmi.
Kopsavilkums: neodīms ir svarīgs lanthanoīdu metāls ar īpaši nozīmīgu lomu spēcīgo pastāvīgo magnētu ražošanā, lāzertehnoloģijās un modernās elektronikas komponentēs. Tā tehniskās īpašības padara to neaizstājamu daudzās augsto tehnoloģiju lietojumprogrammās, bet ieguve un apstrāde rada gan tehniskas, gan vides un piegādes drošības izaicinājumus.
Daži neodīma gabali stikla caurulē
Īpašības
Lai gan neodīmu dēvē par retzemju metālu, tas ir diezgan izplatīts, tikpat izplatīts kā niķelis, kobalts vai varš. Kā ikviens metāls, neodīms ir ļoti spīdīgs. Tas ir cieta viela, kas kūst 1 024 grādu temperatūrā jeb 1 875 grādu pēc Fārenheita. Neodīms ir citu elementu grupā, ko sauc par lantanīdiem, kuri pēc uzvedības ir līdzīgi cits citam. Kad neodīmu iemet ūdenī, tas lēnām pārvēršas par neodīma hidroksīdu, ja ūdens vai pats neodīms ir pietiekami karsts, pārmaiņas notiek daudz ātrāk, un neodīms var eksplodēt. Gaisā, ja neodīms ir pietiekami karsts, tas var aizdegties. Kā ikviens cits metāls, neodīms parasti vēlas atbrīvoties no saviem elektroniem, tāpēc tā veidotie savienojumi parasti ir ar elementiem, kas vēlas elektronus, piemēram, skābekli.
Izmanto
Neodīma magnēti, ko izmanto cieto disku diskdziņu izgatavošanā, laika gaitā nesamazinās - tie ir pastāvīgie magnēti. Tos var izmantot arī mikrofonos vai skaļruņos. Elektriskās ģitāras var izmantot šos magnētus skaņas noņēmējos.
| · v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
No cietā diska izņemts neodīma magnēts.
Jautājumi un atbildes
J: Kāds ir neodīma simbols periodiskajā sistēmā?
A: Periodiskajā sistēmā neodīma simbols ir Nd.
J: Cik protonu ir neodīma atomam?
A: Nd neodīma atomā ir 60 protonu.
J: No kādiem elementiem tiek veidots neodīma magnēts?
A: Neodīma magnētus veido, kombinējot neodīmu ar citiem elementiem, piemēram, dzelzi un boru.
J: Cik lielu svaru var pacelt neodīma magnēts?
A.: neodīma magnēts var pacelt līdz pat 1000 reižu lielāku svaru nekā pats sver.
Vai ap neodīma atomu veidojas pārklājums, kad to ievieto gaisā?
A: Jā, kad neodīma atoms atrodas gaisā, tas ap sevi veido oksīda pārklājumu.
J: Kāds ir visizplatītākais neodīma magnēta pielietojums?
A: Visbiežāk neodīma magnēts tiek izmantots cietajos diskdziņos.
