นีโอไดเมียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสัญลักษณ์ Nd และเลขอะตอม 60 เป็นโลหะสีเงินอ่อนที่หมองในอากาศ มันถูกค้นพบในปี 1885 โดยนักเคมีชาวออสเตรีย Carl Auer von Welsbach สารนี้มีอยู่ในปริมาณที่มีนัยสำคัญในตะกอนทรายโมนาไซต์และในแร่บาสต์นาไซต์
ประวัติศาสตร์
นีโอไดเมียมโลหะหายากถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวออสเตรีย Baron Karl Auer von Welsbach ในกรุงเวียนนาในปี 1885 นักวิทยาศาสตร์ได้แยกสารใหม่ (เช่นเดียวกับองค์ประกอบพราซีโอไดเมียม) ออกจากวัสดุที่เรียกว่าไดไดเมียมโดยการตกผลึกแบบเศษส่วนของแอมโมเนียมไนเตรตเตตระไฮเดรตจากกรดไนตริก หลังจากแยกออกโดยการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปี อย่างไรก็ตาม จนถึงปี 1925 มันเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับองค์ประกอบในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด
จนถึงปลายทศวรรษ 1940 วิธีการทางการค้าหลักในการผลิตโลหะคือการตกผลึกของไนเตรตเป็นสองเท่า วิธีการนี้ไม่ได้ผล และปริมาณของสารที่ได้รับมีน้อย แผนกเคมีของลินด์เซย์เป็นหน่วยงานแรกที่เริ่มผลิตนีโอไดเมียมขนาดใหญ่วิธีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยการแลกเปลี่ยนไอออน ตั้งแต่ปี 1950 ธาตุที่บริสุทธิ์สูง (มากกว่า 99%) ส่วนใหญ่ถูกผลิตขึ้นโดยกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนจากโมนาไซต์ที่อุดมไปด้วยแรร์เอิร์ธโดยการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือเฮไลด์
ปัจจุบันนีโอไดเมียมที่เป็นโลหะส่วนใหญ่สกัดจากบาสต์นาไซต์ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการพัฒนาวิธีการทำความสะอาดที่ได้รับการปรับปรุงทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม
รายละเอียด
องค์ประกอบทางเคมีไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปแบบโลหะ แต่ถูกแยกออกจากสารไดดิเมียมซึ่งผสมกับแลนทาไนด์อื่นๆ (โดยเฉพาะกับพราซีโอไดเมียม) แม้ว่านีโอไดเมียมจัดเป็นโลหะแรร์เอิร์ท แต่ก็เป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างธรรมดา โดยเกิดขึ้นอย่างน้อยก็บ่อยเท่าโคบอลต์ นิกเกิล หรือทองแดง และมีการกระจายอย่างกว้างขวางในเปลือกโลก สารส่วนใหญ่มาจากประเทศจีน
สารประกอบนีโอไดเมียมถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในฐานะสารทำสีแก้วในปี 1927 และยังคงเป็นสารเติมแต่งที่ได้รับความนิยมในเลนส์แว่น สีของสารประกอบนีโอไดเมียมเนื่องจากการมีอยู่ของไอออน Nd3+ มักจะมีโทนสีม่วงแดง แต่จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของแสง
แอปพลิเคชัน
เลนส์เจือ Ndodymium ใช้ในเลเซอร์ที่ปล่อยรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 1,047 ถึง 1062 นาโนเมตร ใช้ในระบบที่มีกำลังสูงมาก เช่น ในการทดลองเฉื่อยการกักกัน
Nd:metal ยังใช้กับคริสตัลอื่นๆ (เช่น yttrium aluminium garnet) ในเลเซอร์ Nd:YAG การตั้งค่านี้โดยทั่วไปจะปล่อยรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นประมาณ 1064 นาโนเมตร เป็นหนึ่งในเลเซอร์โซลิดสเตตที่ใช้กันมากที่สุด
การใช้โลหะนีโอไดเมียมที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งก็คือการเสริมแรงในโลหะผสมที่ใช้ทำแม่เหล็กถาวรที่มีความแข็งแรงสูงและมีความแข็งแรงสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ไมโครโฟน ลำโพงระดับมืออาชีพ หูฟังชนิดใส่ในหู มอเตอร์ DC ประสิทธิภาพสูง ฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ ที่ต้องการมวลแม่เหล็กต่ำ (ปริมาตร) หรือสนามแม่เหล็กแรงสูง
แม่เหล็กนีโอไดเมียมขนาดใหญ่ใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังสูงและน้ำหนัก (เช่น รถยนต์ไฮบริด) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (เช่น เครื่องบินและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในฟาร์มกังหันลม) นอกจากนี้ ธาตุนี้ยังใช้เพื่อทำให้โลหะผสมบางชนิดแข็งตัว ตัวอย่างเช่น ไททาเนียมจะแข็งแกร่งขึ้นหนึ่งเท่าครึ่งหลังจากเติมสารนี้เพียง 1.5%
สมบัติทางกายภาพ
เมทัลลิกนีโอไดเมียมมีอยู่ในมิชเมทัลคลาสสิก (โลหะผสมของธาตุหายาก) ซึ่งความเข้มข้นมักจะอยู่ที่ 18% ในรูปแบบบริสุทธิ์ องค์ประกอบมีความมันวาวของโลหะเงิน-ทอง แต่ออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศธรรมดา ชั้นออกไซด์ก่อตัวและสะเก็ดออก ทำให้โลหะเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ดังนั้น,เซนติเมตร ตัวอย่างของสารจะถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ภายในหนึ่งปี
นีโอไดเมียมมักมีอยู่ในรูปแบบอัลโลทรอปิกสองรูปแบบ โดยจะมีการแปลงจากศูนย์กลางสู่ศูนย์กลางจากโครงสร้างลูกบาศก์หกเหลี่ยมคู่ เริ่มละลายที่อุณหภูมิ 1024°C และเดือดที่อุณหภูมิ 3074°C ความหนาแน่นของสสารในสถานะของแข็งคือ 7.01 g/cm3 ในสถานะของเหลวคือ 6.89 g/cm3.
คุณสมบัติของอะตอม:
- สถานะออกซิเดชัน: +4, +3, +2 (ออกไซด์พื้นฐาน)
- อิเล็กโทรเนกาติวีตี้: 1, 14 (ระดับการเลือกตั้ง)
- การนำความร้อน: 16.5 W/(m K).
- พลังงานไอออไนซ์: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- รัศมีของอะตอม: 181 พิโกเมตร
คุณสมบัติทางเคมี
โลหะนีโอไดเมียมมัวหมองในอากาศอย่างช้าๆ และเผาไหม้ได้ง่ายที่อุณหภูมิประมาณ 150°C เพื่อสร้างนีโอไดเมียม (III) ออกไซด์:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
นี่คือธาตุไฟฟ้า มันทำปฏิกิริยาช้ากับน้ำเย็น แต่ค่อนข้างเร็วกับน้ำร้อน ทำให้เกิดนีโอไดเมียม (III) ไฮดรอกไซด์:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
โลหะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับฮาโลเจนทั้งหมด ละลายได้ง่ายในกรดซัลฟิวริกเจือจางเพื่อสร้างสารละลายที่มีไอออน Nd(III) สีม่วง
การผลิต
โลหะนีโอไดเมียมไม่เคยเกิดขึ้นเป็นองค์ประกอบอิสระในธรรมชาติ ขุดจากแร่เช่นbastnäsite และ monazite ซึ่งเกี่ยวข้องกับแลนทาไนด์อื่น ๆ และองค์ประกอบอื่น ๆ พื้นที่ทำเหมืองหลักสำหรับแร่ธาตุเหล่านี้ตั้งอยู่ในจีน สหรัฐอเมริกา บราซิล อินเดีย ศรีลังกา และออสเตรเลีย มีการสำรวจเงินฝากจำนวนเล็กน้อยในรัสเซีย
ปริมาณสำรองนีโอไดเมียมประมาณ 8 ล้านตัน ความเข้มข้นในเปลือกโลกอยู่ที่ 38 มก./กก. ซึ่งสูงเป็นอันดับสองในบรรดาธาตุหายากรองจากซีเรียม การผลิตโลหะของโลกอยู่ที่ประมาณ 7000 ตัน ส่วนหลักของการผลิตเป็นของจีน เมื่อเร็วๆ นี้ รัฐบาลจีนยอมรับว่าองค์ประกอบดังกล่าวมีความสำคัญเชิงกลยุทธ์และกำหนดข้อจำกัดในการส่งออก ทำให้เกิดความกังวลในประเทศผู้บริโภคและกระตุ้นให้ราคานีโอไดเมียมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น 500 ดอลลาร์ วันนี้ ราคาเฉลี่ยต่อกิโลกรัมของโลหะบริสุทธิ์จะอยู่ระหว่าง 300-350 ดอลลาร์สหรัฐฯ นีโอไดเมียมออกไซด์มีราคาถูกกว่า: 70-130 ดอลลาร์
มีบางกรณีที่มูลค่าของโลหะลดลงเหลือ $40 เนื่องจากการค้าที่ผิดกฎหมาย โดยข้ามข้อจำกัดของรัฐบาลจีน ความไม่แน่นอนด้านราคาและความพร้อมจำหน่ายสินค้าทำให้บริษัทญี่ปุ่นพัฒนาแม่เหล็กถาวรและมอเตอร์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องโดยมีธาตุแรร์เอิร์ธน้อยหรือไม่มีเลย
