Neodymium ialah unsur kimia dengan simbol Nd dan nombor atom 60. Ia adalah logam lembut dan keperakan yang mencemarkan udara. Ia ditemui pada tahun 1885 oleh ahli kimia Austria Carl Auer von Welsbach. Bahan ini terdapat dalam kuantiti yang ketara dalam mendapan pasir monazit dan dalam mineral bastnäsite.
Sejarah
Neodymium logam nadir bumi ditemui oleh ahli kimia Austria Baron Karl Auer von Welsbach di Vienna pada tahun 1885. Saintis itu mengasingkan bahan baharu (serta unsur praseodymium) daripada bahan yang dikenali sebagai didymium melalui penghabluran pecahan ammonium nitrat tetrahidrat berganda daripada asid nitrik, selepas diasingkan melalui analisis spektroskopi. Walau bagaimanapun, sehingga tahun 1925 tidak mungkin untuk mendapatkan unsur dalam bentuk yang paling tulen.
Sehingga akhir 1940-an, kaedah komersil utama untuk menghasilkan logam ialah penghabluran berganda nitrat. Kaedah ini tidak berkesan, dan jumlah bahan yang diperoleh adalah kecil. Bahagian Kimia Lindsay adalah yang pertama memulakan pengeluaran neodymium berskala besarkaedah penulenan pertukaran ion. Sejak 1950-an, unsur yang sangat disucikan (melebihi 99%) telah dihasilkan terutamanya melalui proses pertukaran ion daripada monazit kaya nadir bumi melalui elektrolisis garam halidanya.
Pada masa ini, kebanyakan neodymium logam diekstrak daripada bastnäsite. Kemajuan dalam teknologi dan pembangunan kaedah pembersihan yang lebih baik telah menjadikannya digunakan secara meluas dalam industri.
Penerangan
Unsur kimia tidak berlaku secara semula jadi dalam bentuk logam, ia dipisahkan daripada bahan didymium, di mana ia bercampur dengan lantanida lain (khususnya, dengan praseodymium). Walaupun neodymium diklasifikasikan sebagai logam nadir bumi, ia adalah unsur yang agak biasa, berlaku sekurang-kurangnya sekerap kob alt, nikel, atau tembaga, dan diedarkan secara meluas dalam kerak bumi. Kebanyakan bahan berasal dari China.
Kompaun neodymium pertama kali digunakan secara komersial sebagai pewarna kaca pada tahun 1927 dan kekal sebagai bahan tambahan popular dalam kanta cermin mata. Warna sebatian neodymium disebabkan kehadiran ion Nd3+ selalunya mempunyai warna ungu kemerahan, tetapi ini berbeza-beza bergantung pada jenis pencahayaan.
Permohonan
Kanta berdop Ndodymium digunakan dalam laser yang memancarkan sinaran inframerah dengan panjang gelombang antara 1047 dan 1062 nanometer. Ia digunakan dalam sistem dengan kuasa yang sangat tinggi, contohnya, dalam eksperimen pada inersiapembendungan.
Nd:logam juga digunakan dengan kristal lain (seperti yttrium aluminium garnet) dalam laser Nd:YAG. Persediaan ini biasanya memancarkan sinar inframerah dengan panjang gelombang sekitar 1064 nm. Ia adalah salah satu laser keadaan pepejal yang paling biasa digunakan.
Satu lagi kegunaan penting logam neodymium ialah sebagai komponen pengukuh dalam aloi yang digunakan untuk membuat magnet kekal berkekuatan tinggi dan berkuasa. Ia digunakan secara meluas dalam produk seperti mikrofon, pembesar suara profesional, fon kepala dalam telinga, motor DC berprestasi tinggi, pemacu keras komputer, yang memerlukan jisim magnet rendah (isipadu) atau medan magnet yang kuat.
Magnet neodymium besar digunakan dalam motor elektrik berkuasa tinggi dan berat (cth kereta hibrid) dan penjana (cth pesawat dan penjana elektrik ladang angin). Juga, unsur itu digunakan untuk mengeraskan beberapa aloi. Sebagai contoh, titanium menjadi satu setengah kali lebih kuat selepas menambah hanya 1.5% bahan ini.
Sifat fizikal
Neodymium logam hadir dalam mischmetal klasik (aloi unsur nadir bumi), di mana kepekatannya biasanya pada urutan 18%. Dalam bentuk tulennya, unsur itu mempunyai kilauan logam perak-emas yang terang, tetapi dengan cepat teroksida dalam udara biasa. Lapisan oksida terbentuk dan mengelupas, mendedahkan logam kepada pengoksidaan selanjutnya. Oleh itu,sampel sentimeter bahan itu teroksida sepenuhnya dalam masa setahun.
Neodymium biasanya wujud dalam dua bentuk alotropik, dengan penjelmaan pusat-ke-pusat daripada struktur kubik heksagon berganda. Ia mula cair pada 1024°C dan mendidih pada 3074°C. Ketumpatan jirim dalam fasa pepejal ialah 7.01 g/cm3, dalam keadaan cecair ialah 6.89 g/cm3.
Sifat atom:
- Keadaan pengoksidaan: +4, +3, +2 (oksida asas).
- Elektronegativiti: 1, 14 (Skala pengundian).
- Kekonduksian terma: 16.5 W/(m K).
- Tenaga pengionan: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol.
- Jejari atom: 181 picometer.
Sifat kimia
Metal neodymium mencemarkan perlahan-lahan di udara dan mudah terbakar pada sekitar 150°C untuk membentuk neodymium(III) oksida:
4Nd + 3O2 → 2Nd2O3
Ini ialah unsur elektropositif. Ia bertindak balas perlahan dengan air sejuk, tetapi lebih cepat dengan air panas, membentuk neodymium (III) hidroksida:
2Nd(s) + 6H2O(l) → 2Nd(OH)3 (aq) + 3H 2(g)
Logam bertindak balas dengan kuat dengan semua halogen, mudah larut dalam asid sulfurik cair untuk membentuk larutan yang mengandungi ion Nd(III) ungu.
Pengeluaran
Logam neodymium tidak pernah berlaku sebagai unsur bebas dalam alam semula jadi. Ia dilombong daripada bijih sepertibastnäsite dan monazite, di mana ia dikaitkan dengan lantanida lain dan unsur lain. Kawasan perlombongan utama bagi mineral ini terletak di China, Amerika Syarikat, Brazil, India, Sri Lanka dan Australia. Deposit kecil juga telah diterokai di Rusia.
Rizab neodymium dianggarkan kira-kira 8 juta tan. Kepekatannya dalam kerak bumi adalah kira-kira 38 mg/kg, iaitu yang kedua tertinggi di antara unsur nadir bumi selepas serium. Pengeluaran logam dunia adalah kira-kira 7000 tan. Bahagian utama pengeluaran adalah milik China. Kerajaan PRC baru-baru ini mengiktiraf elemen itu sebagai penting secara strategik dan mengenakan sekatan ke atas eksportnya, menyebabkan beberapa kebimbangan di negara pengguna dan mencetuskan peningkatan mendadak dalam harga neodymium kepada $500. Hari ini, harga purata bagi setiap kilogram logam tulen berbeza antara $300-350, oksida neodymium lebih murah: $70-130.
Terdapat kes apabila nilai logam jatuh kepada $40 disebabkan oleh perdagangan haram, memintas sekatan kerajaan China. Ketidakpastian harga dan ketersediaan telah menyebabkan syarikat Jepun membangunkan magnet kekal dan motor elektrik berkaitan dengan unsur nadir bumi yang kurang atau tiada.
