Neodym (Nd, Z=60): vlastnosti, použití a silné magnety

Neodym (Nd): vlastnosti, použití a neodymové magnety — jak NdFeB magnety zvedají až 1000× vlastní hmotnost a proměňují elektroniku, průmysl a energetiku.

Neodym je chemický prvek v skupině lanthanoidů v periodické tabulce se symbolem Nd a atomovým číslem 60 (má tedy v atomu 60 protonů). Je to stříbřitý, měkký kov s relativně vysokou hustotou a v přírodě se vyskytuje především v minerálech typu monazit a bastnaesit. Neodym se často kombinuje s dalšími prvky, jako je železo a bór, a vytvoří tak velmi silný neodymový magnet, který dokáže zvednout až stovky až tisícenásobek své vlastní hmotnosti. Na vzduchu se kov rychle zakalí vrstvou oxidu, takže se běžně používá ve formě slitin nebo se pokrývá ochrannými vrstvami; jedním z praktických použití jsou neodymové magnety pro pevné disky.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

• Atomová hmotnost: přibližně 144,24 u.
• Elektronová konfigurace: [Xe] 4f4 6s2.
• Obvyklý oxidační stav: +3 (nejstabilnější), v některých sloučeninách se vyskytují i stavy +2 nebo +4.
• Tání a var: bod tání cca 1024 °C, bod varu přibližně 3074 °C.
• Vzhled: lesklý stříbřitý kov, při vystavení vzduchu matní a tvoří povlak oxidu.

Výskyt a výroba

Neodym se v přírodě nevyskytuje volně, ale je součástí vzácných zemin (lanthanoidů) v minerálech jako jsou monazit a bastnäsite. Hlavními producenty rud a rafinovaného neodymu jsou dnes země s rozsáhlým těžebním a zpracovatelským průmyslem; největší podíl těžby a zpracování má Čína. Z rudy se neodym získává zpravidla chemickou extrakcí a následným zpracováním na oxidy a kovovou formu (např. redukcí oxidu kovadlem nebo elektrolýzou).

Použití

Neodym a jeho sloučeniny mají široké spektrum použití díky silným magnetickým vlastnostem iontů Nd3+ a díky snadné integraci do skel a keramických materiálů:

• Neodymové permanentní magnety (NdFeB): základní a nejznámější aplikace; velmi vysoká magnetická síla na jednotku objemu. Používají se v elektromotorech (např. v elektrických vozidlech a droních), generátorech větrných turbín, reproduktorech, sluchátkách, HDD a dalších přenosných zařízeních.
• Lasery: ionty neodymu v krystalech (např. Nd:YAG) nebo sklech se používají jako aktivní médium v pevnolátkových laserových systémech (běžná v průmyslu i medicíně).
• Skla a optika: přidání malého množství neodymu do skla může zlepšit optické vlastnosti, filtrovat určité délky vln a vytvořit dekorativní zabarvení (fialové/červené odstíny).
• Katalyzátory a chemické aplikace: některé sloučeniny lanthanoidů se využívají v katalýze a speciálních chemických procesech.
• Výzkum a speciální sloučeniny: magnetické materiály pro senzoriku, high-tech slitinové aplikace a vědecké přístroje.

Neodymové magnety (NdFeB)

Neodymové magnety jsou slitiny založené na fázi Nd2Fe14B; jsou to nejsilnější běžně dostupné permanentní magnety s velmi vysokou hodnotou maximálního energetického produktu (u komerčních materiálů typicky až kolem 50–56 MGOe). Magnety mají vysokou remanenci a koercitivitu, ale citlivost na vysokou teplotu a korozi:

• Pro zvýšení odolnosti vůči korozi se magnety často pokrývají vrstvami Ni-Cu-Ni, niklem, zinkem nebo epoxidovou pryskyřicí.
• Pro zvýšení teplotní stability a koercivity se do slitin přidává dysprosium (Dy) nebo terbium (Tb), což však zvyšuje cenu.
• Curieova teplota hlavní fáze je relativně nízká (řád stovek °C), proto se magnety při vysokých teplotách demagnetizují.

Bezpečnost, manipulace a životní prostředí

• Manipulace s kovem a práškem: kovový neodym a jeho prášky jsou reaktivní k vzduchu a vlhkosti; prášek je hořlavý a může představovat riziko požáru. Při práci používejte ochranné rukavice a ochranu očí.
• Magnety a fyzická bezpečnost: silné neodymové magnety mohou způsobit zranění (stlačení tkání), lámání kostí nebo rozbití křehkých předmětů; požití silných magnetů (např. dětmi) je velmi nebezpečné — mohou se vzájemně přitahovat skrz stěny střev a způsobit vážné poranění.
• Zdravotní rizika: sloučeniny neodymu nejsou považovány za vysoce toxické v malých množstvích, ale vdechování prachu nebo dlouhodobá expozice může být škodlivá. Silná magnetická pole mohou interferovat s některými zdravotnickými implantáty (např. kardiostimulátory).
• Životní prostředí a těžba: těžba a zpracování vzácných zemin má environmentální dopady (odpady, chemikálie). Důležitá je recyklace magnetů a materiálů — recyklační technologie se vyvíjejí, ale zatím nejsou plně rozšířené.

Recyklace a geopolitika

Neodym a další vzácné zeminy jsou strategické suroviny: zpracování koncentrátů a výroba kovů je technologicky náročná a dnes má významné geografické soustředění. To vede k zájmu o vznik lokálních zdrojů a o recyklaci starých zařízení (magnety z pevných disků, motorů, generátorů). Recyklační postupy zahrnují pyrometalurgické a hydrometalurgické metody pro oddělení a získání hodnotných prvků.

Závěr

Neodym je klíčový prvek moderní technologie díky svým magnetickým vlastnostem a využití v laserech a optice. Neodymové magnety umožnily miniaturizaci výkonných elektromotorů a reproduktorů, ale současně vyžadují opatrné zacházení a zohlednění environmentálních i geopolitických aspektů spojených s jejich výrobou a recyklací.

Používá

Neodymové magnety používané při výrobě pevných disků časem neslábnou: jedná se o permanentní magnety. Mohou být použity také v mikrofonech nebo reproduktorech. Elektrické kytary mohou tyto magnety používat uvnitř snímačů.

·         v ·         t ·         e Periodická tabulka

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H On 2 Li Buď B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Jako Se Br Kr 5 Rb Senior Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd Na adrese Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po Na adrese Rn 7 O. Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Viz Es Fm Md Ne Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og

Alkalický kov Kov alkalických zemin Lanthanoidy Aktinidy Přechodový kov Kov po přechodu Metalloid Reaktivní nekov Ušlechtilý plyn Neznámé chemické vlastnosti

Neodymový magnet vyjmutý z jednotky pevného disku.

Otázky a odpovědi

Otázka: Jaký je symbol neodymu v periodické tabulce prvků?

Otázka: Kolik protonů má atom neodymu?

Otázka: Z jakých prvků se vyrábí neodymový magnet?

Otázka: Jak velkou váhu unese neodymový magnet?

Otázka: Vytvoří se kolem atomu neodymu povlak, když je umístěn na vzduchu?

Otázka: Jaké je nejběžnější použití neodymového magnetu?

Hledání podle dopisu