Неодим
«Новый близнец» — второй по распространенности среди всех лантаноидов. Его в земной коре даже больше, чем самого лантана, — 2,5 • 10-3 и 1,8 • 10-3% соответственно. Есть даже селективный неодимовый минерал — эшинит. В этот минерал входят окислы кальция, тория, тантала, ниобия, иттрия, лантана и лантаноидов, из которых в нем больше всего церия и неодима.
Природный неодим состоит из семи изотопов — с массовыми числами от 142 до 146, а также 148 и 150. Самый распространенный из них — неодим-142. Второй по распространенности изотоп — неодим-144 — слабо радиоактивен; период его полураспада 5-1016 лет — величина на много порядков большая, чем возраст нашей планеты. А вот искусственные изотопы неодима, напротив, живут очень недолго. Время их жизни исчисляется в лучшем случае считанными днями.
Хорошо изучены многие соединения неодима, не отличающиеся единством окраски. Так, окись неодима Nd2О3 — голубого цвета, его нитрат, бромид и йодид — сиреневого. Последний, правда, на свету разлагается и буреет — выделяется элементарный йод. Нерастворимый в воде, а на холоде и в кислотах, трифторид неодима окрашен в розовый цвет, сульфид Nd2S3 — в зеленый, карбид — в коричнево-золотистый, а гексаборид NdB6 — в синий.
Не потому ли стеклам, содержащим не менее 4,3% окиси неодима, свойствен «александритовый эффект»? Как и этот, драгоценный камень, неодимовое стекло меняет окраску в зависимости от освещения. Художественные изделия из сортового неодимового стекла советского производства не раз с успехом демонстрировались на международных выставках.
Неодимовое стекло используют не только для изготовления красивых ваз и художественных изделий. Применяется оно и в лазерной технике. Ион Nd3+ дает лазерное излучение в инфракрасной области спектра. Для специальных стекол получают окись неодима чрезвычайно высокой чистоты—99,996% Nd2О3.
В общем неудивительно, что из всех соединений элемента № 60 самым важным стала его окись Nd2О3. Она обладает комплексом превосходных физико-химических свойств и, кроме того, достаточно доступна. Важное применение нашла она, в частности, в электрических приборах—как диэлектрик, отличающийся минимальными коэффициентами теплового расширения.
Области применения других соединений элемента № 60 ограничены производством стекла, керамики, глазурей.
Достаточно широко используется и сам неодим.
Из всех лантаноидов элемент № 60 лучше всего влияет на свойства магниевых, алюминиевых и титановых сплавов. В России созданы высокопрочные магниевые сплавы, легированные неодимом и цирконием. Предел длительной прочности при повышенных температурах таких сплавов намного больше, чем магниевых сплавов, легированных иными элементами. Об этом наглядно
Влияние 3%-ных добавок редкоземельных металлов на прочность магния. Для сравнения приведена величина предела длительной прочности сплава МЛ5, в который не входят редкоземельные элементы (8,5% А1, 0,5% Zn, 0,2% Mn, остальное— магний)
свидетельствует приведенная здесь диаграмма. Что же , касается причин столь эффективного действия неодима, то, видимо, здесь лучше всего сослаться на мнение специалистов. "Цитируем одну из серьезных научных статей о легировании неодимом. «1) Неодим обладает максимальной растворимостью в магнии, которая способствует наибольшему эффекту упрочнения сплава в результате термической обработки; 2) скорость диффузии неодима в магнии по сравнению с другими изученными редкоземельными металлами оказывается наименьшей — это служит причиной меньшей скорости разупрочнения сплава при повышенных температурах, а, следовательно, более высокой жаропрочности».
Алюминий, легированный неодимом, химически взаимодействует с ним. Образуются соединения состава NdAl2 и NdAl4. В итоге 5%-ная добавка неодима вдвое увеличивает предел прочности алюминия (с 5 до 10 кг/мм2). Во много раз возрастает твердость сплава.
Подобным же образом неодим действует и на свойства титана: добавка 1,2% церия увеличивает предел прочности титана с 32 до 38—40 кг/мм2, а примерно такая же добавка неодима — до 48—50 кг/мм2.
Говорить о том, насколько важны в наше время сплавы на основе магния, алюминия и титана, вероятно, излишне. Безусловно благотворное влияние неодима на эти важные металлы — главное, чем сегодня интересен для металлургов элемент с атомным номером 60. Химиков же в последнее время все больше привлекают соединения, в которых неодим двухвалентен.
Практического применения эти вещества пока не нашли, но скорее всего, это дело недалекого будущего.