Neoxid de metal: proprietăți, producție și aplicare

Neodimul este un element chimic cu simbolul Nd și numărul atomic 60. Este un metal argintiu moale care se estompează în aer. A fost descoperită în 1885 de către chimistul austriac Carl Auer von Welsbach. Substanța este prezentă în cantități semnificative în depozitele de nisip monazit și minerale cum ar fi bastnezi.

poveste

Metalul pământuri rare de neodim a fost descoperit de chimistul austriac Baron Carl Auer von Welsbach la Viena în 1885. Oamenii de știință au identificat o nouă substanță (și elementul praseodim) dintr-un material cunoscut sub numele de didymium, prin cristalizare fracționată a dublului tetrahidrat de azotat de amoniu a acidului azotic, după separarea prin analiza spectroscopică. Cu toate acestea, până în 1925, nu a fost posibil să se obțină elementul în formă pură.

Până la sfârșitul anului 1940, principalele comerciale mod de producere a metalelor a existat o dublă cristalizare a nitraților. Metoda este ineficientă, iar cantitatea de substanță obținută este mică. Divizia Lindsay Chemical a fost prima care a început producția pe scară largă a neodimului prin metoda schimbului de ioni. Din anul 1950 un foarte mare (peste 99%), elementul principal preparat prin procedeul de schimb ionic din monazit bogat în elemente de pământuri rare prin electroliza sărurilor sale cu halogenuri.

În prezent, cele mai multe neodymi metalice sunt extrase din bastnez. Dezvoltarea tehnologiilor și dezvoltarea unor metode îmbunătățite de curățare au făcut posibilă utilizarea pe scară largă în industrie.

descriere

Elementul chimic nu se produce natural sub formă metalică, acesta este separat de didymium substanță, în care este amestecat cu alte lantanide (în special cu praseodim). Deși clasificate ca rare de metal neodim pământ este destul de element comun care apar cel puțin cobalt, nichel sau cupru, și este larg distribuită în scoarța terestră. Cea mai mare parte a problemei este minată în China.

Compușii de neodim au fost utilizați în primul rând ca coloranți de sticlă în 1927 și rămân un plus popular în lentilele de ochelari. Culoarea compușilor neodimici datorită prezenței ionilor Nd³⁺ de multe ori are o nuanță roșiatic-violet, dar variază în funcție de tipul de iluminat.

cerere

Lentile dopate cu neodim se utilizează la laserele care emit radiații infraroșii cu o lungime de undă de 1047 până la 1062 nanometri. Acestea sunt utilizate în sisteme cu putere extrem de mare, de exemplu, în experimente privind izolarea inerțială.

Neodimul metalic este utilizat și cu alte cristale (cum ar fi granat de ytriu-aluminiu) în laserele din seria Nd: YAG. Această instalație emite de obicei raze infraroșii cu o lungime de undă de aproximativ 1064 nm. Este unul dintre cele mai frecvent utilizate lasere cu stare solidă.

O altă utilizare importantă a neodimului metalic este ca o componentă de întărire a aliajelor utilizate pentru a face magneți permanenți puternici de înaltă rezistență. Ele sunt utilizate pe scară largă în produse cum ar fi microfoane, difuzoare profesionale, în căști intraauriculare, motoare de curent continuu de înaltă performanță, hard disk-uri de calculator - în cazul în care este necesar mică de masă magnetică (volum) sau câmpuri magnetice puternice.

magneți neodim mari utilizate în motoare electrice cu putere mare și greutate (de exemplu, în mașinile hibride) și un generator (de exemplu, aeronave generatoare electrice și energie eoliană). De asemenea, elementul este folosit pentru a întări anumite aliaje. De exemplu, titanul devine o dată și jumătate mai puternic după adăugarea a numai 1,5% din această substanță.

Proprietăți fizice

Neodymul metalic este prezent în mischmetalul clasic (un aliaj de elemente de pământuri rare), unde concentrația acestuia este de obicei de aproximativ 18%. În forma sa pură, elementul are un luciu metalic strălucitor, argintiu-auriu, dar se oxidează rapid în aer obișnuit. Un strat de forme de oxid, care exfoliază, expunând metalul la o oxidare ulterioară. Astfel, un eșantion de centimetru al substanței este complet oxidat în decurs de un an.

Neodimul există, de obicei, în două forme alotropice, cu o transformare de la o structură cubică dublă hexagonală de la centru la centru. Topirea începe la 1024 ° C și se fierbe la 3074 ° C. Densitatea materiei în faza solidă este de 7,01 g / cm³, în stare lichidă - 6,89 g / cm³.

Proprietăți atomice:

• Starea de oxidare: +4, +3, +2 (oxid de bază).
• Electronegativitate: 1,14 (conform scalei de votare).
• Conductivitate termică: 16,5 W / (mmdot-K).
• Energia de ionizare este 1: 533,1 kJ / mol, 2: 1040 kJ / mol, 3: 2130 kJ / mol.
• Radiusul atomului: 181 picometre.

Proprietăți chimice

Neodymul metalic se estompe încet în aer și arde ușor la o temperatură de aproximativ 150 ° C pentru a forma oxid de neoxid (III):

4Nd + 3O₂ → 2Nd₂O₃

Acesta este un element electropozitiv. Reacționează încet cu apă rece, dar destul de repede - cu hidroxid de neodim (III) cald, care formează:

2 nd (e) + 6H₂O (l) → 2Nd (OH)₃ (aq) + 3H₂(G)

Metalul reacționează energic cu toți halogeni, se dizolvă ușor în acid sulfuric diluat pentru a forma soluții care conțin ionul violet Nd (III).

producere

Neodimul metalic nu este niciodată găsit în natură ca element liber. Este extras din astfel de minereuri ca bastnez și monazit, în care este legat de alte lantanide și de alte elemente. Principalele zone miniere pentru aceste minerale sunt în China, Statele Unite, Brazilia, India, Sri Lanka și Australia. Depozitele mici sunt explorate în Rusia.

Rezervele de neodim sunt estimate la aproximativ 8 milioane de tone. Concentrația sa în scoarța Pământului este de aproximativ 38 mg / kg, care este a doua cea mai mare dintre elementele de pământuri rare după ceriu. Producția mondială de metal este de aproximativ 7000 de tone. Cea mai mare parte a producției aparține Chinei. Guvernul RPC a recunoscut recent elementul ca fiind important din punct de vedere strategic și a impus restricții asupra exporturilor sale, provocând unele preocupări în țările consumatoare și provocând o creștere accentuată a prețurilor pentru neodim la 500 de dolari. Astăzi, prețul mediu pe kilogram de metal pur variază în intervalul 300-350 $, oxizii de neodim sunt mai ieftini: 70-130 $.

Există cazuri în care costul metalului a scăzut la 40 de dolari din cauza comerțului ilegal, ocolind restricțiile guvernului chinez. Incertitudinea de stabilire a prețurilor și a disponibilității a făcut companiile japoneze să dezvolte magneți permanenți și motoare electrice asociate cu mai puține elemente de pământuri rare sau fără ele.