Neodym er et kemisk grundstof med symbolet Nd og atomnummer 60. Det er et blødt, sølvfarvet metal, der pletter i luften. Det blev opdaget i 1885 af den østrigske kemiker Carl Auer von Welsbach. Stoffet er til stede i betydelige mængder i monazitsandaflejringer og i mineralet bastnäsit.
Historie
Det sjældne jordmetal neodym blev opdaget af den østrigske kemiker baron Karl Auer von Welsbach i Wien i 1885. Forskeren isolerede et nyt stof (såvel som grundstoffet praseodymium) fra et materiale kendt som didymium ved fraktioneret krystallisation af dobbelt ammoniumnitrat-tetrahydrat fra salpetersyre efter adskillelse ved spektroskopisk analyse. Indtil 1925 var det dog ikke muligt at få grundstoffet i sin reneste form.
Indtil slutningen af 1940'erne var den vigtigste kommercielle metode til fremstilling af metal dobbeltkrystallisation af nitrater. Metoden er ineffektiv, og mængden af det opnåede stof var lille. Lindsay Chemical Division var den første til at starte storstilet produktion af neodymionbytteroprensningsmetode. Siden 1950'erne er det højt oprensede (over 99%) grundstof hovedsageligt blevet fremstillet ved en ionbytningsproces fra sjældne jordarters monazit ved elektrolyse af dets halogenids alte.
I øjeblikket udvindes det meste af metallisk neodym fra bastnäsit. Fremskridt inden for teknologi og udvikling af forbedrede rengøringsmetoder har gjort det meget udbredt i industrien.
Description
Det kemiske grundstof forekommer ikke naturligt i metallisk form, det er adskilt fra stoffet didymium, hvor det er blandet med andre lanthanider (især med praseodym). Selvom neodym er klassificeret som et sjældent jordmetal, er det et ret almindeligt grundstof, der forekommer mindst lige så ofte som kobolt, nikkel eller kobber og er vidt udbredt i jordskorpen. Det meste af stoffet kommer fra Kina.
Neodymiumforbindelser blev først brugt kommercielt som glasfarvestoffer i 1927 og er fortsat et populært tilsætningsstof i brilleglas. Farven på neodymforbindelser på grund af tilstedeværelsen af Nd3+ ioner har ofte en rødlig-lilla nuance, men dette varierer afhængigt af belysningstypen.
Application
Ndodymium-doterede linser bruges i lasere, der udsender infrarød stråling med bølgelængder mellem 1047 og 1062 nanometer. De bruges i systemer med ekstrem høj effekt, for eksempel i eksperimenter med inertiindeslutning.
Nd:metal bruges også sammen med andre krystaller (såsom yttriumaluminiumgranat) i Nd:YAG-lasere. Denne opsætning udsender typisk infrarøde stråler med en bølgelængde på omkring 1064 nm. Det er en af de mest almindeligt anvendte solid state lasere.
En anden vigtig anvendelse af neodymmetal er som en forstærkende komponent i legeringer, der bruges til at fremstille kraftige, højstyrke permanente magneter. De er meget udbredt i produkter som mikrofoner, professionelle højttalere, in-ear-hovedtelefoner, højtydende DC-motorer, computerharddiske, hvor der kræves lav magnetisk masse (volumen) eller stærke magnetiske felter.
Store neodymmagneter bruges i elektriske motorer med høj effekt og vægt (f.eks. hybridbiler) og generatorer (f.eks. elektriske generatorer til fly og vindmølleparker). Elementet bruges også til at hærde nogle legeringer. For eksempel bliver titanium halvanden gang stærkere efter tilsætning af kun 1,5 % af dette stof.
Fysiske egenskaber
Metallig neodym er til stede i klassisk mischmetal (en legering af sjældne jordarters grundstoffer), hvor dets koncentration norm alt er i størrelsesordenen 18 %. I sin rene form har elementet en lys sølv-guld metallisk glans, men oxiderer hurtigt i almindelig luft. Et oxidlag dannes og flager af, hvilket udsætter metallet for yderligere oxidation. Dermed,centimeter prøve af stoffet er fuldstændig oxideret inden for et år.
Neodym findes norm alt i to allotropiske former, med en center-til-center transformation fra en dobbelt sekskantet kubisk struktur. Det begynder at smelte ved 1024°C og koge ved 3074°C. Densiteten af stof i den faste fase er 7,01 g/cm3, i flydende tilstand er 6,89 g/cm3.
Atomiske egenskaber:
- Oxidationstilstand: +4, +3, +2 (basisk oxid).
- Elektronegativitet: 1, 14 (afstemningsskala).
- Vermeledningsevne: 16,5 W/(m K).
- Ioniseringsenergi: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Radius af et atom: 181 picometers.
Kemiske egenskaber
Metalneodym anløber langsomt i luften og brænder let ved omkring 150°C for at danne neodym(III)oxid:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Dette er et elektropositivt element. Det reagerer langsomt med koldt vand, men ret hurtigt med varmt vand og danner neodym(III)hydroxid:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Metallet reagerer kraftigt med alle halogener, opløses let i fortyndet svovlsyre for at danne opløsninger, der indeholder den violette Nd(III)-ion.
Produktion
Neodymmetal forekommer aldrig som et frit element i naturen. Det udvindes fra malme som f.eksbastnäsit og monazit, hvor det er forbundet med andre lanthanider og andre grundstoffer. De vigtigste mineområder for disse mineraler er placeret i Kina, USA, Brasilien, Indien, Sri Lanka og Australien. Små forekomster er også blevet udforsket i Rusland.
Reserver af neodym anslås til omkring 8 millioner tons. Dens koncentration i jordskorpen er omkring 38 mg/kg, hvilket er den næsthøjeste blandt de sjældne jordarters grundstoffer efter cerium. Verdens metalproduktion er omkring 7000 tons. Hovedparten af produktionen tilhører Kina. Den kinesiske regering anerkendte for nylig elementet som strategisk vigtigt og pålagde restriktioner på dets eksport, hvilket skabte en vis bekymring i forbrugerlande og fremkaldte en kraftig stigning i prisen på neodym til 500 $. I dag varierer den gennemsnitlige pris pr. kilogram rent metal mellem $300-350, neodymoxider er billigere: $70-130.
Der er tilfælde, hvor værdien af metallet faldt til $40 på grund af ulovlig handel, og omgå den kinesiske regerings restriktioner. Pris- og tilgængelighedsusikkerhed har fået japanske virksomheder til at udvikle permanente magneter og relaterede elektriske motorer med færre eller ingen sjældne jordarters elementer.
