Kalıcı Mıknatısların Bileşeni Neodim Nedir?

Neodim, dünyada bilinen en güçlü mıknatıslarda kullanılan metaldir. Manyetik ve spektral özellikleri, mıknatıslar ve camlarda ayrıcalık kazandırır.

Neodim veya neodimyum, nadir toprak elementleri arasında yer alan ancak doğada nadir olmayan elementlerdendir. Yaygın olarak mıknatıslarda ve cam renklendirmede kullanılır. Neodim alaşımı kalıcı mıknatıslar, bilinen en güçlü mıknatıslardır. Kendi ağırlığının bin katı ağırlığı kaldırabilirler. 100 kilogramlık bir insanın 100 ton ağırlık kaldırması mümkün mü? Neodim mıknatıs, bunu başarabiliyor. Bu sebeple piyasadaki en kaliteli mıknatıslar olarak yer etmiş durumda. Hatta iki neodim mıknatıs o şiddetle kavuşuyor ki, arasında eliniz kalırsa ciddi yaralanmalara yol açabiliyor. Neodim içeren camlar da farklı ışık kaynaklarında farklı renkler alabiliyor. Kısaca makalemizde oldukça eğlenceli bir metalle tanışacaksınız.

Tarihçesi

Neodim, 1885 yılında Avusturyalı kimyager Baron Carl Auer von Welsbach tarafından keşfedilmiştir.

Neodimin serüveni, 1839 yılında Carl Gustav Mosander’in didimyumda seryumu keşfi ile başladı. Didimyumun lantanit elementlerin karışımı olduğu ortaya çıktıktan sonra 1879 yılında samaryum didimyumdan ayrıldı. 1880 yılında da gadolinyum ayrıştırıldı. Welsbach, 1885 yılında didimyumdan neodim ve praseodimi ayrıştırmayı başardı. Welsbach, ayrıştırma işleminde çift fraksiyonel kristalleşme yöntemini kullandı. Saf neodim, 1925 yılında izole edilebilmiştir.

Neodim, ticari anlamda ilk kez 1927 yılında Çekoslovakyalı (Çek Cumhuriyeti) Leo Moser cam fabrikası tarafından cam renklendirme uygulamalarında kullanılmaya başlandı. Neodim ile elde edilen “alexandrite” camı, Moser’in simgesi oldu. Moser’in ürettiği camlar, 1930’lu yıllarda Amerikan cam firmaları tarafından taklit edildi.

Neodim, 1950’li yıllara kadar çift nitrat kristalleşmesi yöntemi ile saflaştırıldı. Daha sonraki yıllarda Lindsay Kimya Bölümü tarafından iyon değişimli arıtım yöntemi kullanılmaya başlandı. Bu yöntemle nadir toprak elementleri bakımından zengin olan monazit mineralinden yüzde 99 ve üzeri saflıkta neodim elde edildi. Metal neodim ise, ilk olarak halid tuzlarının elektrolizi yöntemi ile elde edildi. Neodim içerikli güçlü mıknatıslar ilk olarak 1982 yılında Amerikalı bir otomobil firması tarafından, 1984 yılında da Japon bir metal firması tarafından bağımsız olarak icat edildi.

“Neodim” kelimesi, Yunanca “yeni ikiz” anlamındaki “neos didymos” sözcüklerinden türetilmiştir. İngilizcesi, “neodymium” şeklindedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Neodimin kimyasal sembolü “Nd”dir. Atom numarası 60, atom ağırlığı114,3, yoğunluğu 6,96’dır. Erime noktası 1016 derece, kaynama noktası 3074 derecedir. Yumuşak bir metaldir. Neodimin metal formu, gümüşî metalik bir parlaklığa sahiptir. Elektropozitifliği yüksektir. 863 derecede çift altıgen vücut merkezli kübik bir yapıya dönüşen iki allotropik formda bulunur.

Kimyasal anlamda reaktiftir. Normal havada hızla oksitlenir ve yüzeyinde oksit tabakası oluşur. Bir yıl içinde tamamen koroyona uğrar. Neodim, oksit oluşturmak için 150 derecede kolayca yanar. Neodim hidroksit oluşturmak için soğuk su ile yavaş yavaş reaksiyona girer. Sıcak su ile reaksiyonu hızlıdır. Metal formu tüm halojenlerle şiddetle tepki gösterir. Bileşiklerinin çoğu kırmızımsı mor renktedir. Işıklandırma türüne göre bileşiklerinin renkleri değişir.

Doğada saf olarak bulunmaz. Nadir toprak elementi olmasına rağmen doğada yaygın olarak bulunur, yani nadir değildir. Nadir toprak elementleri arasında seryumdan sonra en bol bulunan ikinci elementtir. Yerkabuğunda kilogramda 38 miligram neodim içeriği vardır. Kurşun kadar bol ve yaklaşık bakırın yarısı kadar yerkabuğunda bulunur. Genellikle monazit ve bastnatsite minerallerinde yüzde 10 ila 20 arasında neodim vardır. Minerallerde diğer nadir toprak elementleri ile birlikte bulunur ve diğer elementlere karışmaz. Misch metalin yaklaşık yüzde 18’ini neodim ihtiva eder.

Neodim, doğada 5 kararlı izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar; Nd-142 (% 27,2), Nd-143 (% 12,2), Nd-145 (% 8,3), Nd-146 (% 17,2) ve Nd-148 (% 5,8) şeklindedir. Nd-144 (% 23,8) ve Nd-150 (% 5,6) izotopları radyoaktiftir. Toplam 31 izotopu bulunur. 13 adet de meta izotopu vardır. Nükleer fisyon ürünleri arasında da yer alır. En kararlı izotopu olan Nd-142’den daha hafif izotoplarının birincil bozunma modu, elektron yakalama ve pozitron bozunumudur. Daha ağır izotoplarının birincil bozunma modu ise, ters beta bozunmasıdır. Nd-142’den önceki birincil bozunma ürünleri praseodim izotopları, sonraki birincil bozunma ürünleri de prometyum izotoplarıdır. 

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Neodimin, praseodim ile birlikte didimiyum camların bir bileşenidir. En yaygın ticari kullanımı da bu camlar ve mıknatıslardır. Bazı gözlüklerde oldukça önemli ve popüler bir katkı maddesidir. Neodim katkılı cam plakalar, güçlü lazerlerin bir bileşendir. Neodim katkılı kristaller, yüksek güçlü kızılötesi yeşil lazer ışınları üretir. Bu lazerler, göz cerrahisinde, kozmetik cerrahide ve deri kanserlerinin tedavisinde kullanılır. Neodim, camlara, menekşe renginden kırmızıya ve griye kadar birçok hassas tonlarda renk verebilir. Neodim camlar, astronomik çalışmalarda, spektral çizgilerin kalibrasyonunda keskin bantlar üretmek için kullanılır. Neodim ve samaryum karışımı, kayaçların ve göktaşlarının yaşlarının belirlenmesinde kullanılır. İç mekân fotoğrafçılığında renk zenginleştirici filtrelerde, özellikle de akkor lambalarda sarı renk tonlarını filtrelemek için neodim içerikli katkılar kullanılır. Polimezirasyon reaksiyonlarında katalizör olarak neodim oksit ve nitrat kullanılır.

Neodim, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı alan ve ürünler şunlardır; astronomik filtreler, kaynak ve cam üretim gözlükleri, dikiz aynaları, emaye renklendirici, göz cerrahisi, ilaçlar…

Neodim Mıknatıs Nedir, Nerelerde Kullanılır?

Neodim mıknatıslar, bilinen en güçlü kalıcı mıknatıstır. Demir, bor ve neodim alaşımı bu mıknatıslar, ferromanyetiktir ve ağırlığı başına çok yüksek manyetik kapasiteye sahiptir. Birkaç gramlık neodim mıknatıs, kendi ağırlığının bin katını kaldırabilir. Bu olağandışı özelliğiyle birlikte samaryum-kobalt alaşımı mıknatıslardan daha güçlü, daha ucuz ve daha hafiftir. Her açıdan üstün olduğu söylenemez. Örneğin, düşük sıcaklıklarda manyetizmalarını kaybederler, paslanmaya eğimlidirler. Hava koşullarında 5 ay içinde şiddetle korozyona uğrar. Bu bakımdan da samaryum-kobalt mıknatısları üstündür.

Neodimin en önemli ticari kullanımı yüksek mukavemetli mıknatıslardır. Kuvvetli ve kalıcı mıknatısların yapımında kullanılan alaşımların önemli bir bileşenidir. Bu mıknatıslar; profesyonel hoparlörler ve mikrofonlar, kulaklıklar, gitarlar ve gitar sistemleri, elektrik motorları, güçlü manyetik alanı gereksinimi duyulan sabit diskler gibi ürünlerde yaygın olarak kullanılır. Daha büyük neodim mıknatıslar; hibrit otomobillerin yüksek güçlü elektrikli motorlarında, uçak ve rüzgâr türbin jeneratörlerinde kullanılmaktadır. Elektrikli model uçakların geliştirilmesinde de neodim mıknatıslar önemli rol oynamıştır. Son yıllarda üretilen elektrikli otomobillerde de da araç başına yaklaşık 1 kilogram neodim mıknatıs kullanılıyor. Bazı cerrahi uygulamalarda da neodim mıknatıslardan faydalanılıyor.

Neodim mıknatısların kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; el fenerleri, kaset kaydedici başlıkları, MR cihazları, kapı kilitleri, manyetik rulman ve kaplinler, spektrometreler, kompresör motorları, ses sistemleri, elektrikli direksiyon, cep telefonları, cam silecekleri, rüzgâr türbinleri, elektrikli enstrümanlar, oyuncaklar…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Neodim içerikli camlar farklı ışık kaynaklarında renk değiştirir. Neodimin olağandışı keskin emici bantları, cam renklerinin farklı aydınlatma koşullarında değişmesine yol açar. Bu renk değişikliği, koleksiyoncular açısından oldukça değerli bulunur.
  
• Neodim camlar, güneş ışığında veya akkor lamba ışığı altında kırmızımsı mor renk alır. Beyaz flüoresan ışığında ise mavi ve yeşilimsi renkler alır. Neodime altın ve selenyum katkısı daha güzel kırmızı renkler kazandırır.
  
• Dikiz aynalarında kullanılan neodim, gece arkadan gelen araçların far ışığını azaltır.
  
• Bronzlaşma kabinlerinde kullanılan camlar neodim içerir.
  
• Neodim, sıvı helyum sıcaklıklarında olağanüstü büyüklükte bir özgül ısı kapasitesine sahiptir. Bu sebeple tıpta kriyoterapi uygulamalarında kullanılan kriyokoter (doku tahrip edici) aletinde faydaları görülmüştür.
  
• Neodim metalinin tuzlarının yanma ve patlama tehlikesi vardır. Orta şiddette toksiktir.
  
• Neodim mıknatıslar, kemik protezleri gibi bazı tıbbi uygulamalarda denenmiş ancak biyolojik uyumluluk sağlayamamıştır.
  
• Neodim mıknatıslar birbirlerini çok şiddetli olarak çeker ve dikkat edilmezse yaralanmalara yol açabilir. İki neodim mıknatısın 50 santimetreden birbirine kenetlenmesi sırasında bir kişi parmak ucunu kaybetmiş.
  
• Neodim içeren 1” x 0,25” boyutlarındaki iki mıknatıs, 70 kilogramlık bir ağırlığı kaldırabilir.
  
• Dünyadaki ticari neodim üretiminin büyük bir bölümü Çin’de gerçekleşmektedir. Çin’deki yasadışı neodim üretimi piyasalarda fiyatları oldukça aşağı çekti. 2011 yılında kilogramı 500 dolar olan neodimin fiyatı 2015 yılında 40 dolara kadar düştü.
  
• Neodim piyasasındaki fiyat ve tedarik belirsizliği Japonya’nın kalıcı mıknatısları ve daha az nadir toprak metalleri içeren elektrikli motorları geliştirmesine yol açmıştır.
  
• Neodim içeren cevherlerin rezervleri Çin, ABD, Hindistan, Brezilya, Sri Lanka ve Avustralya’da bulunur.
  
• Dünyadaki neodim rezervinin 8 milyon ton olduğu tahmin ediliyor.
  
• Dünya genelinde neodim üretimi yıllık 7 ila 10 bin ton civarındadır.