Википедија

Neodijum

Neodijum (Nd, lat. neodymium) je hemijski elemenat iz grupe lantanoida sa atomskim brojem 60.[4][5] Ime je dobio od grčkih reči neos i didymos koje spojene imaju značenje „novi blizanac“. Neodijum je zastupljen u Zemljinoj kori u količini od 38 ppm (engl. parts per million). Najvažniji minerali neodijuma su: monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO4 i (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO3F

Neodijum
Opšta svojstva
Ime, simbolneodijum, Nd
Izgledsrebrnasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Nd
↓
U
prazeodijum ← neodijum → prometijum ‍
Atomski broj (Z)60
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 6
Blokf-blok
Kategorija  lantanoid
Rel. at. masa (Ar)144,242(3)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 22, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja1297 K ​(1024 °‍C, ​1875 °F)
Tačka ključanja3347 K ​(3074 °‍C, ​5565 °F)
Gustina pri s.t.7,01 g/cm3
tečno st., na t.t.6,89 g/cm3
Toplota fuzije7,14 kJ/mol
Toplota isparavanja289 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet27,45 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1595 1774 1998
P (Pa) 103 104 105
na T (K) (2296) (2715) (3336)
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,14
Energije jonizacije1: 533,1 kJ/mol
2: 1040 kJ/mol
3: 2130 kJ/mol
Atomski radijus181 pm
Kovalentni radijus201±6 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​dupla zbijena heksagonalna
(dHCP)
Dupla zbijena heksagonalna (dHCP) kristalna struktura za neodijum
Brzina zvuka tanak štap2330 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenjeα, poli: 9,6 µm/(m·K) (na s.t.)
Topl. vodljivost16,5 W/(m·K)
Električna otpornostα, poli: 643 nΩ·m
Magnetni rasporedparamagnetičan, antiferomagnetičan ispod 20 K[2]
Magnetna susceptibilnost (χmol)+5628,0·10−6 cm3/mol (287,7 K)[3]
Jangov modulα forma: 41,4 GPa
Modul smicanjaα forma: 16,3 GPa
Modul stišljivostiα forma: 31,8 GPa
Poasonov koeficijentα forma: 0,281
Vikersova tvrdoća345–745 MPa
Brinelova tvrdoća265–700 MPa
CAS broj7440-00-8
Istorija
OtkrićeKarl Auer (1885)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
142Nd 27,2% stabilni
143Nd 12,2% stabilni
144Nd 23,8% 2,29×1015 y α 140Ce
145Nd 8,3% stabilni
146Nd 17,2% stabilni
148Nd 5,8% 2,7×1018 y β−β− 148Sm
150Nd 5,6% 21×1018 y β−β− 150Sm
reference • Vikipodaci

U periodnom sistemu nalazi se u grupi lantanoida pa se tako ubraja u metale retkih zemalja. Ime ovog elementa izvodi se iz grčkih reči νέος (neos, nov) i δίδυμος (didymos, blizanac) koje spojene imaju značenje „novi blizanac” (kao blizanać lantana). Najčešće se koristi u obliku legura neodijum-željezo-bor za izradu snažnih stalnih magneta.

Legure neodimijuma se koriste za pravljenje neodimijumskih magneta visoke čvrstoće, moćnog trajnog magneta.[6] Ovi magneti se široko koriste u proizvodima kao što su mikrofoni, profesionalni zvučnici, slušalice, električni motori jednosmerne struje visokih performansi i hard diskovi računara, gde je potrebna mala masa (ili zapremina) magneta ili jaka magnetna polja. Veći neodimijumski magneti se koriste u elektromotorima sa visokim odnosom snage i težine (npr. u hibridnim automobilima) i generatorima (npr. električni generatori za avione i vetroturbine).[7]

Istorija uredi

Godine 1841, Karl Gustav Mosander je izdvojio dotad nepoznatu retku zemlju iz lantan oksida koju je nazvao didim. Per Teodor Klajv je 1874. godine primetio da se kod didima zapravo radi o dva nova elementa. Pet godina kasnije 1879. Lekok de Buabodran izdvojio je samarijum iz didima, a koji je dobio izdvajanjem iz minerala samarskita. Karl Auer fon Velsbač 1885. godine odvojio je prazeodijum i neodijum, pošto su gradili soli različitih boja.[8] Čisti metalni neodijum dobijen je tek 1925. godine.

Osobine uredi

 
Kristalna struktura neodijuma

Fizičke uredi

Srebrnasto-beli svetli metal spada u grupu lantanoida i metala retkih zemalja. Na vazduhu je nešto više otporan na koroziju u odnosu na metale poput europijuma, lantana, cerijuma i prazeodijum. Stajanjem na vazduhu nakon nekog vremena na njegovoj površini vrlo lako se stvara ljubičasto-roze sloj oksida koji može lako oljuštiti.

Hemijske uredi

Pri visokim temperaturama, neodijum sagoreva gradeći seskvioksid Nd2O3. S vodom reaguje istiskujući iz nje vodonik i gradeći neodijum hidroksid Nd(OH)3. U reakciji s vodonikom prelazi u hidrid NdH2. Pored osnovnog oksidacionog stanja (valencije) +3, pod posebnim uslovima mogu se javiti i oksidaciona stanja +2 i +4.

Rasprostranjenost uredi

Neodijum je u prirodi zastupljen samo u obliku hemijskih jedinjenja, zajedno sa jedinjenjima drugih lantanoida, odnosno minerala poput:

Sa oko 97% ukupne svetske proizvodnje prednjači Kina.[9] Međutim, eksploatacija i proizvodnja ovog metala u Kini dovela je do značajnih ekoloških problema. Prema navodima iz medija „pri izdvajanju neodijuma iz iskopanih ruda nastaju vrlo štetni i otrovni otpadni materijali, koji između ostalih ispuštaju radioaktivni uranijum i torijum tokom procesa prerade. Ovi materijali delimično dospevaju u podzemne vode, kontaminiraju biljni i životinjski svet, te tako predstavljaju i opasnost po zdravlje ljudi”.[10] Osim Kine, značajne ekonomski isplative količine kopaju se i u Australiji.

Dobijanje uredi

Kao i kod svih lantanoida, najpre se ruda obogaćuje putem flotacije, a zatim se metali prevode u njihova halogenidna jedinjenja te se odvajaju raznim tehnikama kao što su frakcijska kristalizacija, jonskoizmenjivačka tehnika ili ekstrakcija.

Nakon detaljnog i vrlo kompliciranog odvajanja pratilaca neodijuma, njegov oksid se može pomoću fluoridne kiseline prevesti u neodijum(III) fluorid te se nakon toga redukuje sa kalcijumom, čime nastaje metalni neodijum i kalcijum fluorid. Ostaci kalcijuma i nečistoće mogu se izdvojiti topljenjem u vakuumu.

 

Od 1984. ovaj postupak je u Kini zamenjen elektrolizom rastopljene smeše neodijum-fluorida, neodijum-oksida i litijum fluorida. Ta metoda formalno odgovara postupku Hol-Heroultovog procesa, pri kojem se elementarni neodijum izdvaja na uspravno postavljenoj volframovoj katodi, a koja je prstenasto okružena grafitnom anodom. Neodijum u rastopljenoj tečnoj smjesi hvata se u kadi sačinjenoj od molibdena, iz koje se dalje izliva u kalupe. Svaka od takvih elektrolitičkih ćelija smatra se za jednokomornu ćeliju elektrolize. Međutim, o stvarnom broju i načinu rada ćelija u Kini ne postoje tačni ni pouzdani podaci. Pretpostavlja se da se proizvodnja metalnog neodijuma verovatno odvija po standardiziranom protokolu, bez ikakvih tehničkih merenja ni povratnih informacija. Takođe se pretpostavlja da se ručno i nejednako dodaje neodijum-oksid bez kontrole i povratnih informacija o naponu u ćeliji. Pri takvoj proizvodnji bez sumnje dolazi do neizbežnih preopterećenja napona na anodi što dovodi do ogromnih emisija stakleničkih gasova u atmosferu, naročito ugljen tetrafluorida i heksafluoroetana. Veoma lako isparljivi perfluorirani ugljovodonici (CFC) ne mogu se filtrirati niti odvojiti niti jednim poznatim postupkom a nakon emisije u atmosferu ostaju vrlo dugo, pri čemu im je vreme trajanja od deset do 50 hiljada godina. Daljnji razvoj postupaka elektrolize kojim se smanjuje emisija hlorofluorougljenika pri elektrometalurškim procesima predstavlja jedan od ograničavajućih faktora u američkoj industriji.

Kineska vlada je najavila da će uvesti strože mere zaštite okoline kao i mere za sprečavanje nelegalnog kopanja rude. Početkom juna 2011. došlo je do usvajanja prvih zakonskih odredbi u tom aspektu. Prema izveštajima američkog Finanšal tajmsa državna firma Baotou Steel Rare Earth ima monopol nad kopanjem i preradom retkih zemnih metala u Kini. Oko 35 licenciranih firmi je zatvoreno uz odštetu, a drugih devet nelicenciranih će uskoro biti zatvoreno bez odštete.[11] U SAD ponovno je aktiviran rudnik Mauntin Pas u Kaliforniji, dok je u Australiji ponovno u pogonu rudnik Mauntin Veld. Ova ova rudnika opremljena su sistemima za zaštitu okoline, prihvatljivim od strane ekoloških instituta. Ipak, takođe postoje planovi za kombinovanu eksploataciju retkih zemalja na Grenlandu, pri čemu bi otrovni nusproizvodi mogli dospeti u more.[12]

Svetska godišnja proizvodnja neodijuma u 2012. procenjena je na 21 hiljadu tona, od čega je oko 91% došlo iz Kine.[13] Prema podacima američke agencije za geološka istraživanja (USGS) cena jednog kilograma neodijuma u 2001. iznosila je ispod 10 američkih dolara.[14] Do 2010. cena je porasla na 80 US$, a naredne 2011. godine dostigla je vrhunac od 244 američka dolara po kilogramu. Nakon toga ponovno je došlo do pada cena ovog metala pa je 2013. ona iznosila oko 65 američkih dolara po kilogramu.[15]

Upotreba uredi

računarske tvrde diskove (pozicioniranje glave za čitanje/pisanje), zatim za rotore sa stalnim magnetima (npr. servo-motore), vrlo efikasne stalno pobuđene sinhrone mašine (npr. kod nekih tipova vetroturbina,[16] (oko jedne šestine celokupne proizvodnje neodijuma[12]) za pokretanje elektro- i hibridnih vozila kao i za pogon maketa i minijaturnih modela. Osim toga, ovi magneti se upotrebljavaju i u linearnim motorima za pozicioniranje osovina (npr. u CNC mašinama), visokovrednim zvučnicima i slušalicama i slično. Za razliku od magneta na bazi samarijuma i kobalta, neodijumevi magneti su znatno snažniji, skuplji ali i mnogo osetljiviji na visoku temperaturu.

  • Soli neodijuma koriste se za bojenje emajla, kao i za bojenje porcelana u plavu boju.
  • Neodijum(III) oksid upotrebljava se za bojenje stakla. On daje izrazito tople ljubičaste do tamnocrvene i sive nijanse. Takve vrste stakla imaju oštre apsorpcijske trake te se koriste u astronomiji za kalibrisanje.
  • Neodijum se koristi i za izbeljivanje stakla koje sadrži željezo, kao i za stakla koja štite od ultraljubičastog zračenja (sunčane naočare).
  • Sastavni je deo široko rasprostranjenih industrijskih neodijum-YAG lasera.
  • Barijum titanat dopiran neodijum oksidom koristi se u dielektričnim kondenzatorima.
  • Zbog svojih pirofornih osobina koristi se kao legirajuće sredstvo zajedno s cerijumom u upaljačima.
  • Za pravljenje katalizovane polibutadienske gume (kaučuka (Nd-PBR)).

Reference uredi

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Gschneidner, K. A.; Eyring, L. (1978). Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: North Holland. ISBN 0444850228. 
  3. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Toshiba Develops Dysprosium-free Samarium-Cobalt Magnet to Replace Heat-resistant Neodymium Magnet in Essential Applications. Toshiba (2012-08-16). Retrieved on 2012-09-24.
  7. ^ Gorman, Steve (August 31, 2009) As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms, Reuters.
  8. ^ Carl Auer v. Welsbach (1885). „Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie. 6 (1): 477—491. doi:10.1007/BF01554643. 
  9. ^ „Das neue Gold” (na jeziku: nemački). Spiegel online. 10. 4. 2009. 
  10. ^ „Das schmutzige Geheimnis sauberer Windräder” (na jeziku: nemački). Panorama. 28. 4. 2011. Pristupljeno 2. 10. 2017. 
  11. ^ Michelle Röttger (9. 6. 2011). „China säubert den Markt für Seltene Erden”. Financial Times. str. 2. Arhivirano iz originala (studija) 11. 6. 2011. g. Pristupljeno 26. 6. 2011. 
  12. ^ a b Mandy Schoßig (1. 1. 2011). Seltene Erden – Daten & Fakten. Berlin: Öko-Institut e. V. 
  13. ^ „Neodymium” (na jeziku: engleski). setis.ec.europa.eu. Arhivirano iz originala 5. 3. 2016. g. Pristupljeno 26. 8. 2015. 
  14. ^ „Scientific Investigations Report 2012–5188 - Metal Prices in the United States Through 2010” (PDF 2,4 MB, str. 143 (137) slika 6.) (na jeziku: engleski). United States Geological Survey. Pristupljeno 26. 8. 2015. 
  15. ^ „Congressional Research Service - Rare Earth Elements: The Global Supply Chain” (PDF 603 kB, str. 11 (7) slika 3) (na jeziku: engleski). www.fas.org. 16. 12. 2013. Pristupljeno 26. 8. 2015. 
  16. ^ Concern as China clamps down on rare earth exports, Independent, pristupljeno 7. oktobra 2017. (jezik: engleski)

Literatura uredi

  • Yiming Zhang; Julian R. G. Evans; Shoufeng Yang (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. Journal of Chemical & Engineering Data. 56: 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
  • Robert C. Weast, ur. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, FL: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). str. E—129 do E—145. ISBN 0-8493-0470-9. 
  • N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 1579. ISBN 3-527-26169-9. 
  • Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 
  • Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  • R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium, and Uranium, Pergamon Press, 1967.

Spoljašnje veze uredi

 
Neodijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Неодијум&oldid=27548731”