ปริศนาธาตุหายากคู่แฝดอันโด่งดัง – แม่เหล็ก “นีโอไดเมียม” อันทรงพลัง

แนะนำ

นีโอไดเมียมถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2428 โดยนักเคมีชาวออสเตรีย C. A. von Welsbach ในกรุงเวียนนา ที่น่าสนใจคือชื่อนีโอดิเมียมประกอบด้วยคำภาษากรีก neos (νέος) ซึ่งแปลว่า “ใหม่” และ didymos (διδύμος) ซึ่งแปลว่า “แฝด”

นีโอไดเมียมตามธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป 7 ชนิด ได้แก่ ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd ที่เสถียร, ¹⁴²Nd ที่พบได้ทั่วไปที่สุด และนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีดั้งเดิมที่มีอายุยืนยาว ¹⁴⁴Nd และ ¹⁵⁰Nd นอกเหนือจากไอโซโทปธรรมชาติที่กล่าวข้างต้นแล้ว นีโอดิเมียมยังมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสังเคราะห์ขึ้นอีก 31 ไอโซโทป โดยไอโซโทป ¹⁴⁷Nd มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด และไอโซเมอร์ที่รู้จัก 13 ตัว โดยที่ไอโซเมอร์ที่เสถียรมากขึ้น ได้แก่ ¹³⁹mNd, ¹³⁵mNd และ ¹³³m1Nd

นีโอไดเมียมไม่อยู่ในรูปแบบโลหะบริสุทธิ์ในธรรมชาติ แต่มีอยู่ในแร่ธาตุ เช่น บาสต์เนไซต์และทรายโมนาไซต์เป็นหลัก ซึ่งมักคิดเป็น 10-18% ของปริมาณแร่ธาตุหายากทั้งหมด นีโอไดเมียมไม่ถูกแยกออกในโลหะบริสุทธิ์จนกระทั่งปี พ.ศ. 2468

นีโอไดเมียม Nd

เลขอะตอม : 60

น้ำหนักอะตอม: 144.242 u

โครงสร้างอะตอม: โครงสร้างอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของนีโอดิเมียมคือ 4f⁴ 6s² คุณสมบัติทางกายภาพ/เคมี: เป็นโลหะสีขาวเงินเงา มีความแข็งปานกลาง มีพาราแมกเนติก และมีความเหนียวเล็กน้อย คุณสมบัติทางเคมีค่อนข้างออกฤทธิ์ เนื่องจากมันออกซิไดซ์ในอากาศได้อย่างรวดเร็ว จึงมักจะถูกปิดผนึกด้วยพลาสติกหรือเก็บไว้ในน้ำมันแร่ สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำและกรดเพื่อปลดปล่อยไฮโดรเจนออกมา

พื้นที่การใช้งานหลักของนีโอไดเมียมมีดังนี้:

• วัสดุแม่เหล็กถาวร: แม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรที่มีความแข็งแกร่งสูงสุดชนิดหนึ่งที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
• ในบรรดานั้น แม่เหล็กนีโอไดเมียมเหล็กโบรอน (แม่เหล็ก NdFeB) ถือเป็นวัสดุโลหะผสมแม่เหล็กถาวรธาตุหายากที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในมอเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไดรฟ์ดิสก์ ตัวแยกแม่เหล็ก วาล์วแม่เหล็ก และอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น มอเตอร์กำลังสูงและน้ำหนักในยานยนต์ไฮบริด หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องบินและกังหันลมเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูง

• สารแต่งสีแก้วและเซรามิก: ออกไซด์มักใช้เป็นสารแต่งสีในแก้วและเซรามิกเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์แก้ว เซรามิก และเคลือบเงาที่มีสีเข้มข้น รวมถึงในแว่นตาของช่างเชื่อมและช่างเป่าแก้ว หรือในการสร้างฟิลเตอร์ดาราศาสตร์แบบเลือกแสง เริ่มนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2470 โดยเป็นสีย้อมแก้ว และยังคงเป็นที่นิยมใช้เป็นสารเติมแต่งในแก้ว

• สารเจือปนในวัสดุเลเซอร์: เลเซอร์โซลิดสเตตนีโอไดเมียมใช้คุณสมบัติของนีโอไดเมียมเพื่อผลิตลำแสงเลเซอร์กำลังสูง เช่น นีโอไดเมียมโดปอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (Nd:YAG), นีโอไดเมียมโดปลิดลิเธียมฟลูออไรด์ (Nd:YLF), นีโอไดเมียมออร์โธวานาเดต (Nd:YVO₄) และนีโอไดเมียมแก้ว หรือในเลเซอร์บางตัวสามารถใช้เป็นทับทิมเทียมเพื่อทดแทนอัญมณีจริงได้ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลวัสดุ การสื่อสาร การแพทย์ ทันตกรรม และอุตสาหกรรม

• สารเคลือบป้องกันแสงสะท้อนบนกระจก: นีโอไดเมียมออกไซด์ใช้ในการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนบนกระจกออปติกเพื่อลดแสงสะท้อนและปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบออปติก

• การประยุกต์ใช้พลังงานนิวเคลียร์: ^143Nd ใช้ในการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์และเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

• เลนส์ออปติกและอุปกรณ์ออปติก: กระจกนีโอไดเมียมใช้ในเลนส์ออปติก อุปกรณ์ออปติก และวัสดุเลเซอร์เพื่อผลิตระบบออปติกประสิทธิภาพสูง เช่น สีย้อมสีม่วงสำหรับกระจกและเซรามิก กระจกนีโอไดเมียม ตัวเก็บประจุเซรามิก เป็นต้น

• ลำโพงและหูฟัง: ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เสียง ไมโครโฟน หูฟังแบบใส่ในหู และลำโพงระดับมืออาชีพ เพื่อให้ประสิทธิภาพเสียงคุณภาพสูง