ნეოდიუმი

ნეოდიუმი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს, რომლის სიმბოლოა Nd და ატომური ნომერი - 60. იგი ვერცხლისფერი, რბილი მეტალია, რომელიც ჰაერზე შავდება. ნეოდიუმი აღმოჩენილ იქნა 1885 წელს. იგი მნიშვნელოვანი რაოდენობითაა მინერალებში: მონაზიტში და ბასთნეზიტში. ბუნებაში ნეოდიუმი არ არის ნაპოვნი თავისუფალი სახით ან სხვა ლანტანოიდების გარეშე, ამიტომ მას ჩვეულებრივ ასუფთავებენ ზოგადი გზით. მიეკუთვნება რა "იშვიათ მეტალთა" კლასს, იგი არ არის კობალტზე, ნიკელზე და სპილენძზე იშვიათი. ის ფართოდაა გავრცელებული დედამიწის ქერქში. ნეოდიუმი დიდი რაოდენობითაა ჩინეტში.

ნეოდიუმის ნაერთების პირველი კომერციული გამოყენება იყო 1927 წელს მინის შესაღებად და იგი დღემდე დარჩა მინის პოპულარულ დანამატად. Nd(III) იონის მიერ გამოწვეული სეფერილობა ხშირად მოწითალო-მეწამული ფერისაა, მაგრამ იცვლება დასხივების მიხედვით, რაც გამოწვეულია ფლუორესცენტული ეფექტით.

ნეოდიუმი აგრეთვე გამოიყენება სხვადასხვა ლაზერის კრისტალებთან ერთად, როგორიცაა Nd:YAG ლაზერები, რომელიც ტიპიურად აღდგება სხივის 1.064 მიკრომეტრით. იგი წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე გავრცელებულ მყარი მდგომარეობის ლაზერს.

ნეოდიუმის სხვა ძირითადი გამოყენებაა მისი მოხმარება, როგორც თავისუფალი ელემენტისა. იგი შენადნობს ანიჭებს ნეოდიუმ-მაგნიტურ მაღალ გამძლეობას და ფართოდ გამოიყენება ისეთ პროდუქტებში, როგორიცაა: მიკროფონები, პროფესიული ხმამაღლამოლაპარაკეები, უკაბელო ყურსასმენები და კომპიუტერის დისკები, რომელსაც აქვს მცირე მასა და მცირე მოცულობა და საჭიროებს მკაცრ მაგნიტურ ველს. ნეოდიუმის უფრო დიდი მაგნიტები გამოიყენება მაღალი სომძლავრის ელექტრულ ძრავებში (მაგალითად, ჰიბრიდულ მანქანებში) და გენერატორებში.

დახასიათება

ფიზიკური თვისებები

ნეოდიუმი წარმოადგენს იშვიათ მიწათა მეტალს, იგი კლასიკურ მიშმეტალში (მეტალების ნარევი) შედის დაახლოებით 18%-ის რაოდენობით. მეტალს აქვს ვერცხლისფერი მეტალური ბრწყინვალება, თუმცა, როგორც იშვიათ მიწათა მეტალების (ლანთანოიდების) უმეტესობა, ისიც ჰაერზე სწრაფად იჟანგება. თუ ოქსიდის ფენას მოვაშორებთ, მეტალი განაგრძობს შემდგომ დაჟანგვას. ნეოდიუმის ერთი სანტიმეტრის ზომის ნიმუში მთლიანად იჟანგება ერთი წლის განმავლობაში.

ნეოდიუმი არსებობს ორი ალიტროპიული ფორმით, რომელიც 863°C ტემპერატურაზე ტრანსფორმირდება დუბლჰექსაგონალურ მოცულობით-ცენტრირებულ კუბურ სტრუქტურაში.

ქიმიური თვისებები

მეტალი ნეოდიუმი ჰაერზე ნელა შავდება. იგი სწრაფად იწვის 150°C ტემპერატურაზე და წარმოქმნის ნეოდიუმ(III) ოქსიდს:

4 Nd + 3 O₂ → 2 Nd₂O₃

ნეოდიუმი ძლიერ ელექტროდადებითი მეტალია და ნელა რეაგირებს ცივ წყალთან, ხოლო ცხელ წყალთან რეაგირებს სწრაფად და წარმოქმნის ნეოდიუმის ჰიდროქსიდს.

2 Nd (მყ) + 6 H₂O (l) → 2 Nd(OH)₃ (ხსნ) + 3 H₂ (აირი)

მეტალი ნეოდიუმი რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან

2 Nd (მყ) + 3 F₂ (აირი) → 2 NdF₃ (მყ) [იისფერი]

2 Nd (მყ) + 3 Cl₂ (აირი) → 2 NdCl₃ (მყ) [მოვარდისფრო-იისფერი]

2 Nd (მყ) + 3 Br₂ (აირი) → 2 NdBr₃ (მყ) [იისფერი]

2 Nd (მყ) + 3 I₂ (აირი) → 2 NdI₃ (მყ) [მწვანე]

ნეოდიუმი ადვილად იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში. წარმოქმნილი ხსნარი შეიცავს იასამნისფერ Nd(III) იონს, რომელიც შედის [Nd(OH₂)₉]³⁺ კომპლექსში.

2 Nd (მყ) + 3 H₂SO₄ (ხსნ) → 2 Nd³⁺ (ხსნ) + 3 SO²−₄ (ხსნ) + 3 H₂ (აირი)

ნაერთები:

• ჰალოგენიდები: NdF₃, NdCl₃, NdBr₃, NdI₃
• ოქსიდები: Nd₂O₃
• სულფიდები: NdS, Nd₂S₃
• ნიტრიდები: NdN

იზოტოპები

ბუნებრივი ნეოდიუმი შეიცავს 5 სტაბილურ იზოტოპს ¹⁴²Nd, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd და ¹⁴⁸Nd, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია ¹⁴²Nd (27.7% ბუნებრივი გავრცელება) და 2 რადიოიზოტოპი ¹⁴⁴Nd და ¹⁵⁰Nd. დახასიათებულია ნეოდიუმის 31 რადიოიზოტოპი, რომელთაგნ ყველაზე მდგრადია ბუნებრივი იზოტოპი ¹⁴⁴Nd ალფა დაშლა, (ნახევარდაშლის პერიოდი (T½ = 2.29×10¹⁵ წელი) და ¹⁵⁰Nd (დუბლ ბეტა დაშლა, T½ = 7×10¹⁸ წელი). ყველა დანარჩენი რადიოაქტიური იზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 11 დღეზე ნაკლებია და მათგან ყველაზე ბევრია იზოტოპები, რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდი 70 წამია. ამ ელემენტს ასევე გააჩნია13 ცნობილი მეტა მდგომარეობა, რომელტაგან ყველაზე მდგრადია ¹³⁹mNd (T½ = 5.5 სთ),

¹³⁵mNd (T½ = 5.5 წთ) და ¹³³m¹Nd (T½ ~ 70 წმ).

¹⁴²Nd დაშლის წინა პროდუქტია Pr (პრაზეოდიმიუმი) იზოტოპები, ხოლო შემდეგი ელემენტია Pm (პრომეთიუმი) იზოტოპები.

ისტორია

ნეოდიუმი, 1885 წელს აღმოაჩინა ავსტრიელმა ქიმიკოსმა, ვენაში, ბარონმა კ. ა. უელსბახმა (Carl Auer von Welsbach,). მან ნეოდიუმი, ისევე როგორც ელემენტი პრაზეოდიმიუმი, გამოყო ცნობილი შენაერთისაგან - დიდიუმიუმისაგან, ორმაგი ამონიუმის ნიტრატის ტეტრაჰიდრატის ფრაქციული კრისტალიზაციით აზოტმჟავისაგან, შემდგომი სპექტროსკოპული ანალიზით ნეოდიუმი სუფთა სახით იქნა გამოყოფილი 1925 წელს. სახელი ნეოდიუმი წარმოდგება ბერძნული სიტყვისაგან neos (νέος) - ახალი და didymos (διδύμος) - ტყუპი.

ორმაგი ნიტრატის კრისტალიზაცია, 1950 წლამდე ითვლებოდა ნეოდიუმის გასუფთავების ძირითად კომერციულ საშუალებად. 1950 წლიდან მიღებულ იქნა უმაღლესი სისუფთავის მეტალი (99%-ზე მეტი) ნეოდიუმი, გაცვლითი იონიზაციის პროცესით, მინერალ მონაციტისაგან, რომელიც მდიდარია იშვიათ მიწატა ელემენტებით. მეტალი მიიღეს აგრეთვე მისი ჰალოგენიდმარილების ელექტროლიზით. ნეოდიუმის დიდი ნაწილი მიიღება ბასთნეზიტის (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F-ის ექსტრაქციით, რომელსაც ასუფთავებენ გამხსნელით ექსტრაქციით.

გავრცელება და გამოყენება

ნეოდიუმი ბუნებაში არ არის ნაპოვნი თავისუფალი სახით. იგი გვხვდება საბადოებში: მონოტიტსა და ბასთნეზიტში, რომელიც იშვიათ მიწათა მეტალებს შეიცავს მცირე რაოდენობით. ნეოდიუმის ძირითადი საბადოებია ჩინეთში, აშშ, ბრაზილიაში, ინდოეთში, შრილანკაში და ავსტრალიაში. მისი რეზერვი არემატება დაახლოებიტ 8 მილიონ ტონას. მართალია იგი მიეკუთვნება ”იშვიათ მიწატა მეტალებს”, მაგრამ ნეოდიუმი სულაც არ არის იშვიათი - იგი დედამიწის ქერქსი არის დაახლოებით 38მგ/კგ, რაც სიდიდით მეორეა ცერიუმის შემდგომ. ნეოდიუმის მსოფლიო წარმოება შეადგენს დაახლოებით 7 000 ტონას წელიწადსი, 2004 წელს ჩინეთში იმდენად დიდია ნეოდიუმის წარმოების მოცულობა, რომ ჩინეთის მტავრობამ ახლახანს მიიღო გადაწყვეტილება სტრატეგიული კონტროლი განეხორციელებინა ნეოდიუმის მწარმოებელ ქვეყნებზე. ნეოდიუმი წარმოადგენს სამვალენტიან ლანტანოიდს და იგი ძლიერ შეფერილია. იშვიათ მიწატა მინერალების შეფერვა გამოწვეულია ნეოდიუმის მინარევით.

გამოყენება

ნეოდიუმის გააჩნია არაჩვეულებრივი დიდი სფეციფიკური თბოტევადობა თხეავდი ჰელიუმის ტყემპერატურაზე, რაც გამოიყენება კრიოგამაცივებლებში. ნეოდიუმს აქ უჩვეულოდ დიდი თბოტევადობა და თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე და ამიტომ გამოიყენება კრიოგამაცივებლებში.

სავარაუდოდ Nd³⁺-ის Ca²⁺-თან მსგავსების გამო იგი ხელს უწყობს მცენარეთა ზრდას. იშვიათ მიწათა ელემენტების ნაერთები ჩინეთში ხშირად გამოიყენება, როგორც სასუქი.

სამარიუმ-ნეოდიუმის ნარევი გამოიყენება მეტეორიტების და საბადოების ასაკის დასადგენად.

ვულკანური ამოფრქვევების ზომა და სიძლიერე შეიძლება წინასწარ განისაზღვროს ნეოდიუმის იზოტოპების შესწავლით. მცირე და დიდი ვულკანური ამოფრქვევა წარმოქმნის ლავას, რომელიც ნეოდიუმის სხვადასხვა იზოტოპების ნარევისგან შედგება, რომლის მიხედვითაც მეცნიერებს შეუძლიათ წინასწარ განსაზღვრონ, თუ რამდენად დიდი შეიძლება ამოფრქვევა და ეს ინფორმაცია გამოიყენონ, ადგილობრივი მოსახლეობის გასაფრთხილებლად.

მაგნიტი

ნეოდიუმის მაგნიტებიდან ცნობილია - Nd₂Fe₁₄B. მცირე რაოდენობით ნეოდიუმის მაგნიტმა შეიძლება მის საკუთარ წონაზე ათასჯერ მეტი რაოდენობა მიიზიდოს.ეს მაგნიტები იაფია, უფრო მსუბუქია და უფრო გამძლე, ვიდრე სამარიუმ-კობალტის მაგნიტები. ნეოდიუმის მაგნიტები გამოიყენება მიკროფონებში, პროფესიულ რეპროდუქტორებში, უკაბელო ყურსასმენებში, გიტარის და ბას-გიტარის დინამიკებში, კომპიუიტერის მყარ დისკებში.

ნეოდიუმ-მინების გამოყენება

ნეოდიუმ-მინები მიიღება, ნეოდიუმის ოქსიდის დამატებით (Nd₂O₃) გამლღვალ მინაზე. იგი ღებულობს მკრტალ ლურჯ ფერს ფლუორესცენტული დასხივების დროს. ნეოდიუმი შეიძლება გამოვიყენოთ მინისტვის ფერის მისაცემად იასამნისფერიდან ღია წითელ ფერამდე.

ნეოდიუმის და დიდიუმის მინები გამოიყენება ფოტოგრაფიაში, ფერის შემცველ ფილტრებში, განათების დროს ყვითელი ფერის მოსაცილებლად.

ნეოდიუმი დაპატენტებულია, რათა იგი გამოყენებულ იქნეს ღამით ავტომობილის უკანა სარკეების

მსგავსად ამისა, ნეოდიუმის მარილები გამოიყენება ემალის ფერის მისაცემად.

უსაფრთხოება

მეტალ ნეოდიუმის მტვერი იწვის და ფეთქებადია. მის ნაერთებს, როგორც ყველა იშვიათ მიწათა მეტალებს გააჩნიათ ზომიერად დაბალი ტოქსიკურობა, თუმცა მისი ტოქსიკურობა კარგად არ არის შესწავლილი. ნეოდიუმის მტვერი და მისი მარილები ძალიან აღიზიანებენ თვალებს და კანს. მისი მტვერის შესუნთქვამ შეიძლება გამოიწვიოს ფილტვების ემბოლია, იგი შეიძლება დაგროვდეს ღვიძლში. ნეოდიუმი აგრეთვე მოქმედებს, როგორც ანიკოაგულანტი, განსაკუთრებიტ ვენასი სეყვანის დროს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით