عنصر نئودیمیم (نئودیمیوم) چیست؟ کاربرد و خواص

عنصر نئودیمیم یک فلز سفید نقره ای و نسبتاً واکنش پذیر است و به سرعت در هوا اکسید شده و به رنگ زرد در هوا تبدیل می شود. پوشش دادن فلز را در برابر اکسیداسیون بیشتر محافظت نمی کند. بنابراین باید دور از تماس با هوا ذخیره شود. به آرامی با آب سرد و سریع با آب گرم واکنش نشان می دهد. برای آگاهی بیشتر از این عنصر به مطالعه این مطلب در نشریه جهان شیمی فیزیک بپردازید.

عنصر نئودیمیم (نئودیمیوم)

عنصر نئودیمیم (نئودیمیوم) یکی از لانتانیدهای جدول مندلیف است. عنصر نئودیمیم قوی ترین ماده مغناطیسی دائمی است. .فلز خاکی کمیاب از سری لانتانیدهای جدول تناوبی توسط کارل اوئر فون ولسباخ در سال ۱۸۸۵ کشف شد. این فلز نرم و شکل پذیر است. دارای ساختار شش ضلعی ، چگالی ۷.۰۰۴ گرم بر سانتی متر مکعب ، نقطه ذوب ۱۰۲۱ درجه سانتی گراد و نقطه جوش ۳۰۲۷ درجه سانتی گراد است. نئودیمیم اکسید یا نئودیمیا به صورت سسکیوکسید با فرمول Nd2O3 ایجاد می شود. اکسیدش یک پودر سفید کم رنگ با وزن مخصوص ۷.۳ گرم بر سانتی متر مکعب ، نقطه ذوب ۲۲۳۳ درجه سانتی گراد و وزن فرمول ۳۳۶.۴۸ است.

ویژگی عنصر نئودیمیم (نئودیمیوم)

نماد اتمی: Nd

دسته عنصر: فلز لانتانید

عدد اتمی: ۶۰

جرم اتمی: ۲و۱۴۴ گرم بر مول

الکترونگاتیوی از نظر پاولینگ: ۱۴و۱

نقطه ذوب:

۱۰۲۴ درجه سانتی گراد

نقطه جوش:

۳۰۷۴ درجه سانتی گراد

شعاع واندروالس:

۰.۱۸۱ نانومتر

ایزوتوپ ها: ۹

پوسته الکترونیکی:

[Xe] 4f16s2

انرژی اولین یونیزاسیون ۵۳۳ kJ.mol ^-۱

انرژی یونیزاسیون دوم ۱۰۴۰ kJ.mol ^-۱

انرژی یونیزاسیون سوم ۲۱۳۰ kJ.mol ^-۱

تاریخچه کشف عنصر نئودیمیم

عنصر نئودیمیم در سال ۱۸۸۵ توسط شیمیدان بارون کارل اوئر فون ولسباخ ، که در هایدلبرگ تحصیل می کرد ، به عنوان یک عنصر جداگانه شناخته شد. هنگامی که ترکیب دویدیم را با موفقیت به دو جزء نئودیمیوم و پراسئودیمیوم تقسیم کرد. عنصر جدید فراوان تر نئودیمیوم نامیده می شد. ریشه کلمه از کلمه یونانی neos didumous ، به معنی دوقلو جدید گرفته شده است.

منابع عنصر نئودیمیم

نئودیمیوم در پوسته زمین با غلظت متوسط ​​۲۸ قسمت در میلیون تولید می شود.

نئودیمیوم معمولاً در کربناتیت ها در معدنی باستنازیت یافت می شود. در چین و ایالات متحده بیشترین درصد از منابع اقتصادی کمیاب جهان را تشکیل می دهد.

دومین میزبان بزرگ نئودیمیوم در کانی مونازیت ، کانی اصلی میزبان در یانگیبانا است. مونازیت در استرالیا ، برزیل ، چین ، هند ، مالزی ، آفریقای جنوبی ، سریلانکا ، تایلند و ایالات متحده در پالئوپلاسر و در رسوبات ، رگها ، پگماتیتها ، کربناتیتها و کمپلکسهای قلیایی وجود دارد. نئودیمیوم که از لوپاریت معدنی LREE تهیه می شود از یک نفوذ آذرین بزرگ قلیایی در روسیه بازیابی می شود.

کاربرد عنصر نیودیمیم

عنصر نئودیمیم یکی از مواد شیمیایی نادر در زندگی است. در تلویزیون، لامپهای فلورسنت و کم مصرف و شیشه ها وجود دارد. نئودیمیوم یکی از چندین فلز در آلیاژهایی است که معمولاً در سنگ چخماق های سبک استفاده می شود. نئودیمیم در رنگ آمیزی شیشه ها (شیشه دیدیمیم) استفاده می شود. قادر به جذب تابش زرد سدیم شعله است. این نوع شیشه برای محافظت از چشم جوشکارها استفاده می شود. همچنین برای رنگ آمیزی شیشه به رنگهای بنفش جذاب استفاده می شود.

مهمترین آلیاژها نئودیمیم ، آهن و بور است. به عنوان آهنرباهای دائمی ساخته می شود. این آهنرباها بخشی از اجزای وسایل نقلیه مدرن هستند. در ذخیره اطلاعات رایانه ای و در بلندگوها استفاده می شوند. ژنراتورهای توربین بادی با استفاده از آهنرباهای نئودیمیوم-آهن بورNdFeB برق تولید می کنند.

لیزرهای نئودیمیوم ایتریوم آلومینیوم گارنت Nd: YAG  پرکاربردترین لیزرها در کاربردهای تجاری و نظامی هستند. برای برش، جوشکاری، خط کشی و هدف گیری استفاده می شوند.

موتورهای برقی در خودروهای هیبریدی و خودروهای برقی از آهنرباهای نئودیمیوم با قدرت بالا برای تغذیه خودرو استفاده می کنند.

کاربردهای دیگر این عنصر:

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی MRI با استفاده از NdFeB برای به دست آوردن نمای داخلی بدن بدون اشعه استفاده شد.

آهنرباهای نئودیمیوم برای مصارف پزشکی مانند بریس های مغناطیسی و ترمیم استخوان مورد آزمایش قرار گرفته اند. مسائل زیست سازگاری مانع از کاربرد گسترده آن شده است.

نئودیمیوم دارای ظرفیت حرارتی فوق العاده زیاد در دمای مایع-هلیوم است.

احتمالاً به دلیل شباهت هایی با Ca2+ ، Nd3+ برای تقویت رشد گیاه گزارش شده است. ترکیبات عناصر کمیاب خاکی اغلب در چین به عنوان کود استفاده می شود.

قدمت ساماریوم -نئودیمیوم برای تعیین روابط سن سنگها و شهاب سنگها مفید است.

ایزوتوپهای نئودیمیوم ثبت شده در رسوبات دریایی برای بازسازی تغییرات گردش اقیانوس گذشته استفاده می شود.

آهنربای نئودیمیوم بر روی براکت mu-metal از هارد دیسک استفاده میشود.

یونهای نئودیمیوم در انواع مختلف بلورهای یونی و همچنین در شیشه ها ، به عنوان یک عامل افزایش لیزر عمل می کنند. معمولاً ۱۰۶۴ نانومتر نور را از یک انتقال اتمی خاص در یون نئودیمیوم ، پس از “پمپاژ” به تحریک از منبع خارجی ، ساطع می کنند.

اسلب شیشه ای نئودیمیوم در لیزرهای بسیار قدرتمند برای همجوشی استفاده می شود.

نئودیمیم ممکن است برای رنگ آمیزی شیشه از بنفش خالص تا قرمز شرابی و خاکستری گرم استفاده شود.

به عنوان اجزای مهم باتری های قوی ، آهن ربا ، فتوولتائیک باعث صرفه جویی در مصرف انرژی پاک می شوند.

با افزایش تقاضا برای خودروهای برقی ، توربین های بادی ، پنل های خورشیدی و سایر دستگاه های با تکنولوژی بالا، استفاده از این عنصر افزایش می یابد.

این دستگاه به طور گسترده در میکروفون ، بلندگوهای حرفه ای ، هدفون ، هارد دیسک کامپیوتر ، موتورهای الکتریکی و ژنراتورها استفاده می شود.

عنصر نئودیمیم در محیط زیست

عنصر نئودیمیم دومین عنصر فراوان از عناصر کمیاب خاکی (پس از سریم) است و تقریباً به اندازه مس فراوان است. این ماده در مواد معدنی شامل لانتانید ، مانند مونازیت و باستنازیت یافت می شود. مناطق اصلی برزیل ، چین ، ایالات متحده ، هند ، سریلانکا و استرالیا هستند. ذخایرعنصر نئودیمیم ۸ میلیون تن تخمین زده می شود. تولید جهانی نئودیمیوم اکسید حدود ۷.۰۰۰ تن در سال است.

اثرات عنصر نئودیمیم بر سلامتی

مقدار عنصر نئودیمیم در انسان بسیار اندک است. اگرچه این فلز نقش بیولوژیکی ندارد ، اما می تواند بر قسمت هایی از بدن تأثیر بگذارد. گرد و غبار و نمک های نئودیمیوم برای چشم ها بسیار تحریک کننده است. نمک های نئودیمیوم در صورتی که محلول باشند کمی سمی و در صورت نامحلول غیر سمی تلقی می شوند.

عنصر نئودیمیوم در محیط خطرناک است. زیرا استنشاق آن باعث آسیب ریه میشود. نئودیمیوم هنگامی که در بدن انسان تجمع می یابد می تواند تهدیدی برای کبد باشد.

اثرات محیطی عنصر نئودیمیوم

عنصر نئودیمیم در محیط زیست ، عمدتا توسط صنایع تولید کننده بنزین ، در محیط زیست وارد می شود. همچنین وقتی وسایل خانگی دور ریخته می شود عنصر نئودیمیم وارد محیط می شود. عنصر نئودیمیوم به تدریج در خاکها و خاکهای آبی تجمع می یابد و این در نهایت منجر به افزایش غلظت در انسان ، حیوانات و ذرات خاک می شود. نئودیمیوم در حیوانات آب باعث آسیب به غشای سلولی می شود که چندین تأثیر منفی بر تولید مثل و عملکرد سیستم عصبی دارد.

عنصر نئودیمیم در کجا یافت می شود؟

نئودیمیوم در ذخایر معدنی مونازیت و باستنازیت استخراج می شود. از لحاظ تاریخی ، یک معدن در کالیفرنیا بیشتر مواد معدنی خاکی کمیاب جهان را تولید می کرد. اما از اوایل دهه ۹۰ ، چین به منبع اصلی جهان تبدیل شد. استخراج و پردازش عناصر کمیاب باعث آلودگی وسیع محیط زیست در چین شده است.

عنصر نئودیمیم چگونه در زندگی استفاده می شود؟

محققان نئودیمیوم با آهن و بور یک آهنربای دائمی بسیار قوی ایجاد می کند. کوچک شدن قطعات الکترونیکی مانند بلندگوها ، هارد دیسک های کامپیوتر ، تلفن های همراه و قطعات الکترونیکی خودرو شد.

امروزه بیشترین تقاضا برای آهنرباهای نئودیمیوم-بور با عملکرد بالا در موتورهای خودروهای برقی و هیبریدی است. به عنوان مثال ، گزارش شده است که هر تویوتا پریوس به اندازه ۱ کیلوگرم نئودیمیوم در موتور خود دارد. آهنرباهای نئودیمیوم در توربین های بادی ، هوانوردی و فضا نیز استفاده می شود.

از دیگر کاربردهای عنصر نئودیمیوم می توان به ساخت شیشه ای تخصصی که در عینک محافظ برای جوشکاری و دمیدن شیشه استفاده می شود. در مواردی مانند لیزرهای جراحی و نشانگرهای لیزری استفاده کرد. در نهایت ، از آن به عنوان کاتالیزور در واکنش های پلیمریزاسیون استفاده می شود.

چرا عنصر نئودیمیم یک عنصر خطرناک است؟

هزینه های بازیافتش زیاد است. زیرساخت بازیابی آن توسعه نیافته است. اگرچه چندین شرکت و محقق به طور فعال در حال توسعه فناوری های بازیافت هستند.

خطرات عنصر نئودیمیم

گرد و غبار فلز نئودیمیم قابل احتراق است و بنابراین خطر انفجار دارد. ترکیبات نئودیمیوم  مانند سایر فلزات خاکی کمیاب ، دارای سمیت کم تا متوسط ​​هستند.  سمیت آن به طور کامل بررسی نشده است.

گرد و غبار و نمک های نئودیمیوم برای چشم ها و غشاهای مخاطی بسیار تحریک کننده و برای پوست تا حد متوسط ​​تحریک کننده است. تنفس گرد و غبار می تواند باعث آمبولی ریه شود و قرار گرفتن در معرض انباشته به کبد آسیب می رساند. نئودیمیوم همچنین به عنوان یک ضد انعقاد عمل می کند ، به ویژه هنگامی که به صورت داخل وریدی تجویز می شود.

آهنرباهای تجاری موجود از نئودیمیوم بسیار قوی هستند و می توانند یکدیگر را از فواصل دور جذب کنند. اگر با آنها به دقت برخورد نشود خیلی سریع و با قدرت به هم نزدیک می شوند و باعث آسیب می شوند.

یکی دیگر از خطرات این آهنرباهای قدرتمند این است که اگر بلعیده شود و می تواند بافتهای نرم دستگاه گوارش را تخریب کنند.