Neodym je chemický prvek se symbolem Nd a atomovým číslem 60. Je to měkký, stříbřitý kov, který na vzduchu bledne. Objevil ho v roce 1885 rakouský chemik Carl Auer von Welsbach. Látka je přítomna ve významných množstvích v ložiskách monazitového písku a v minerálním bastnäsitu.
Historie
Kov vzácných zemin neodym objevil rakouský chemik baron Karl Auer von Welsbach ve Vídni v roce 1885. Vědec izoloval novou látku (a také prvek praseodym) z materiálu známého jako didymium frakční krystalizací podvojného tetrahydrátu dusičnanu amonného z kyseliny dusičné, po oddělení spektroskopickou analýzou. Do roku 1925 však nebylo možné získat prvek v jeho nejčistší formě.
Do konce 40. let 20. století byla hlavní komerční metodou výroby kovu dvojitá krystalizace dusičnanů. Metoda je neúčinná a množství získané látky bylo malé. Lindsay Chemical Division byla první, kdo zahájil velkovýrobu neodymuiontově výměnná metoda čištění. Od 50. let 20. století se vysoce čištěný prvek (nad 99 %) vyrábí hlavně procesem výměny iontů z monazitu bohatého na vzácné zeminy elektrolýzou jeho halogenidových solí.
V současné době se většina kovového neodymu získává z bastnäsitu. Díky pokroku v technologii a vývoji vylepšených metod čištění je široce používán v průmyslu.
Popis
Chemický prvek se přirozeně nevyskytuje v kovové formě, je oddělen od látky didymium, ve které je smíchán s jinými lanthanoidy (zejména s praseodymem). Přestože je neodym klasifikován jako kov vzácných zemin, je to poměrně běžný prvek, který se vyskytuje přinejmenším stejně často jako kob alt, nikl nebo měď a je široce rozšířen v zemské kůře. Většina látky pochází z Číny.
Sloučeniny neodymu byly poprvé komerčně použity jako barviva na sklo v roce 1927 a zůstávají oblíbeným aditivem v brýlových čočkách. Barva sloučenin neodymu v důsledku přítomnosti iontů Nd3+ má často červenofialový odstín, který se však liší v závislosti na typu osvětlení.
Aplikace
Ndodymiem dopované čočky se používají v laserech, které vyzařují infračervené záření o vlnových délkách mezi 1047 a 1062 nanometry. Používají se v systémech s extrémně vysokým výkonem, například při experimentech na setrvačnostiomezení.
Nd:kov se také používá s jinými krystaly (jako je yttrium-hliníkový granát) v Nd:YAG laserech. Toto nastavení obvykle vyzařuje infračervené paprsky s vlnovou délkou kolem 1064 nm. Je to jeden z nejběžněji používaných laserů v pevné fázi.
Další důležité použití kovu neodymu je jako výztužná složka ve slitinách používaných k výrobě silných, vysoce pevných permanentních magnetů. Jsou široce používány v produktech, jako jsou mikrofony, profesionální reproduktory, sluchátka do uší, vysoce výkonné stejnosměrné motory, počítačové pevné disky, kde je vyžadována nízká magnetická hmotnost (objem) nebo silná magnetická pole.
Velké neodymové magnety se používají ve vysoce výkonných a hmotnostních elektromotorech (např. hybridní automobily) a generátorech (např. elektrické generátory letadel a větrných farem). Prvek se také používá k tvrzení některých slitin. Například titan se po přidání pouhých 1,5 % této látky stane jedenapůlkrát silnější.
Fyzikální vlastnosti
Kovový neodym je přítomen v klasickém mischmetalu (slitina prvků vzácných zemin), kde je jeho koncentrace obvykle v řádu 18 %. Ve své čisté formě má prvek jasný stříbrno-zlatý kovový lesk, ale na běžném vzduchu rychle oxiduje. Vytvoří se vrstva oxidu, která se odlupuje, čímž je kov vystaven další oxidaci. Tím pádem,centimetrový vzorek látky je během jednoho roku zcela zoxidován.
Neodym obvykle existuje ve dvou alotropních formách s transformací ze středu na střed z dvojité hexagonální kubické struktury. Začíná tát při 1024°C a vařit při 3074°C. Hustota hmoty v pevné fázi je 7,01 g/cm3, v kapalném stavu je 6,89 g/cm3.
Atomové vlastnosti:
- Oxidační stav: +4, +3, +2 (zásaditý oxid).
- Elektronegativita: 1, 14 (škála dotazování).
- Tepelná vodivost: 16,5 W/(m K).
- Ionizační energie: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Poloměr atomu: 181 pikometrů.
Chemické vlastnosti
Kovový neodym na vzduchu pomalu bledne a snadno hoří při teplotě kolem 150 °C za vzniku oxidu neodymu(III):
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Toto je elektropozitivní prvek. Reaguje pomalu se studenou vodou, ale poměrně rychle s horkou vodou za vzniku hydroxidu neodymu (III):
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Kov energicky reaguje se všemi halogeny, snadno se rozpouští ve zředěné kyselině sírové za vzniku roztoků, které obsahují fialový Nd(III) ion.
Produkce
Kovový neodym se v přírodě nikdy nevyskytuje jako volný prvek. Těží se z rud napřbastnäsite a monazit, ve kterých je spojen s dalšími lanthanoidy a dalšími prvky. Hlavní oblasti těžby těchto nerostů se nacházejí v Číně, USA, Brazílii, Indii, na Srí Lance a v Austrálii. Malá ložiska byla také prozkoumána v Rusku.
Zásoby neodymu se odhadují na asi 8 milionů tun. Jeho koncentrace v zemské kůře je asi 38 mg/kg, což je po ceru druhá nejvyšší mezi prvky vzácných zemin. Světová produkce kovů je asi 7000 tun. Hlavní část produkce patří Číně. Vláda ČLR nedávno uznala tento prvek za strategicky důležitý a zavedla omezení na jeho vývoz, což vyvolalo určité obavy ve spotřebitelských zemích a vyvolalo prudký nárůst ceny neodymu na 500 USD. Dnes se průměrná cena za kilogram čistého kovu pohybuje mezi 300-350 $, oxidy neodymu jsou levnější: 70-130 $.
Jsou případy, kdy hodnota kovu klesla na 40 dolarů kvůli nelegálnímu obchodu, čímž se obcházela omezení čínské vlády. Nejistoty ohledně ceny a dostupnosti vedly japonské společnosti k vývoji permanentních magnetů a souvisejících elektrických motorů s méně nebo žádnými prvky vzácných zemin.
