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 ლანთანოიდების 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 რაოდენობით მოიპოვება ჩინეთში.

ნეოდიუმის ნაერთების პირველი კომერციული გამოყენება 1927 წლით თარიღდება, როდესაც იგი მინის შესაღებად გამოიყენეს. იგი დღემდე დარჩა მინის პოპულარულ დანამატად. Nd(III) იონის მიერ გამოწვეული შეფერილობა ხშირად მოწითალო-მეწამული ფერისაა, მაგრამ იცვლება დასხივების მიხედვით, რაც გამოწვეულია ფლუორესცენტული ეფექტით.

ნეოდიუმი გამოიყენება ლაზერულ ტექნოლოგიაში  (Nd:YAG ლაზერები) და  წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე გავრცელებულ მყარი მდგომარეობის ლაზერს.

ნეოდიუმის თავისუფალი ელემენტის სახითაც ფართოდ გამოიყენება.  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 ძლიერ მაგნიტურ ველს. ნეოდიუმის უფრო დიდი მაგნიტები გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის ელექტრულ ძრავებში (მაგალითად, ჰიბრიდულ მანქანებში) და გენერატორებში.

ისტორია

 ნეოდიუმი ვენაში 1885 წელს აღმოაჩინა ავსტრიელმა ქიმიკოსმა 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.

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, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ბუნებრივი იზოტოპი ¹⁴⁴Nd ალფა დაშლა, (ნახევარდაშლის პერიოდი (T½ = 2.29×10¹⁵ წელი) და ¹⁵⁰Nd (ორმაგი  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, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹³⁹mNd (T½ = 5.5 სთ),

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

გავრცელება

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 აღემატება 8 მილიონ ტონას. მართალია იგი მიეკუთვნება ”იშვიათ მიწატა მეტალებს”, მაგრამ ნეოდიუმი სულაც არ არის იშვიათი - იგი დედამიწის ქერქში არის დაახლოებით 38 მგ/კგ, რაც სიდიდით მეორეა ცერიუმის შემდგომ.

ნეოდიუმის მსოფლიო წარმოება შეადგენს დაახლოებით 7 000 ტონას წელიწადში.

ფიზიკური თვისებები

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

 ქიმიური 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.

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)

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 SO₄²⁻ (ხსნ) + 3 H₂ (აირი)

ცნიბილია ნეოდიუმის შემდეგი ნაერთები: ჰალოგენიდები: NdF₃, NdCl₃, NdBr₃, NdI₃, ოქსიდები: Nd₂O₃, სულფიდები: NdS, Nd₂S₃ და ნიტრიდები: NdN.

მიღება

1950 წლამდე ორმაგი ნიტრატის კრისტალიზაცია 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 მიწათა ელემენტებით.

მეტალური ნეოდიუმი მიიღება აგრეთვე მისი ჰალოგენიდების ელექტროლიზით. ნეოდიუმის

დიდი ნაწილი მიიღება ბასთნეზიტის (Ce,La,Nd,Pr)CO₃F-ის ექსტრაქციით, რომელსაც ასუფთავებენ გამხსნელით ექსტრაქციით.

გამოყენება

ბასტნასიტი

ნეოდიუმს აქ უჩვეულოდ დიდი თბოტევადობა და თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე და ამიტომ გამოიყენება კრიოგამაცივებლებში.

Nd³⁺-ის Ca²⁺-თან მსგავსების გამო ივარაუდება, რომ  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 იყოს ამოფრქვევა და ეს ინფორმაცია გამოიყენონ, ადგილობრივი მოსახლეობის გასაფრთხილებლად.

მაგნიტი

ნეოდიუმის მაგნიტები გამოიყენება მყარ დისკებში მუხრუჭებად

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

ნეოდიუმ-მინების გამოყენება

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

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

ბიოლოგიური როლი

ნეოდიუმის 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, განსაკუთრებით ვენაში შეყვანის დროს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით