নিওডিয়ামিয়াম ধাতু: বৈশিষ্ট্য, উত্পাদন এবং প্রয়োগ

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

নিওডিয়ামিয়াম হল একটি রাসায়নিক উপাদান যার প্রতীক Nd এবং পারমাণবিক সংখ্যা 60। এটি একটি নরম, রূপালী ধাতু যা বাতাসে কলঙ্কিত হয়। এটি 1885 সালে অস্ট্রিয়ান রসায়নবিদ কার্ল অয়ার ফন ওয়েলসবাচ দ্বারা আবিষ্কৃত হয়েছিল। পদার্থটি উল্লেখযোগ্য পরিমাণে মোনাজাইট বালি জমা এবং খনিজ বাস্টনাসাইটে উপস্থিত রয়েছে।

ইতিহাস

1885 সালে ভিয়েনায় অস্ট্রিয়ান রসায়নবিদ ব্যারন কার্ল অউর ফন ওয়েলসবাচ দ্বারা বিরল আর্থ ধাতু নিওডিয়ামিয়াম আবিষ্কৃত হয়। বিজ্ঞানী স্পেকট্রোস্কোপিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে আলাদা করার পর নাইট্রিক অ্যাসিড থেকে ডবল অ্যামোনিয়াম নাইট্রেট টেট্রাহাইড্রেটের ভগ্নাংশ স্ফটিককরণের মাধ্যমে ডিডিয়ামিয়াম নামে পরিচিত একটি উপাদান থেকে একটি নতুন পদার্থ (পাশাপাশি প্রাসিওডিয়ামিয়াম উপাদান) বিচ্ছিন্ন করেন। যাইহোক, 1925 সাল পর্যন্ত এটির বিশুদ্ধতম আকারে উপাদানটি পাওয়া সম্ভব ছিল না।

1940 এর দশকের শেষভাগ পর্যন্ত, ধাতু উৎপাদনের প্রধান বাণিজ্যিক পদ্ধতি ছিল নাইট্রেটের দ্বিগুণ স্ফটিককরণ। পদ্ধতিটি অকার্যকর, এবং প্রাপ্ত পদার্থের পরিমাণ কম ছিল। লিন্ডসে কেমিক্যাল ডিভিশনই প্রথম নিওডিয়ামিয়ামের বড় আকারের উৎপাদন শুরু করেআয়ন বিনিময় পরিশোধন পদ্ধতি। 1950 এর দশক থেকে, অত্যন্ত বিশুদ্ধ (99% এর উপরে) উপাদানটি মূলত বিরল আর্থ সমৃদ্ধ মোনাজাইট থেকে এর হ্যালাইড লবণের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে আয়ন বিনিময় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উত্পাদিত হয়েছে।

বর্তমানে, বেশিরভাগ ধাতব নিওডিয়ামিয়াম বাস্টনাসাইট থেকে বের করা হয়। প্রযুক্তির অগ্রগতি এবং উন্নত পরিচ্ছন্নতার পদ্ধতির উন্নয়ন এটিকে শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহার করেছে৷

বর্ণনা

রাসায়নিক উপাদানটি ধাতব আকারে প্রাকৃতিকভাবে ঘটে না, এটি ডিডিয়ামিয়াম নামক পদার্থ থেকে পৃথক করা হয়, যেখানে এটি অন্যান্য ল্যান্থানাইডের সাথে মিশ্রিত হয় (বিশেষত, প্রাসিওডিয়ামিয়ামের সাথে)। যদিও neodymium একটি বিরল আর্থ ধাতু হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়, এটি একটি মোটামুটি সাধারণ উপাদান, অন্তত প্রায়ই কোবাল্ট, নিকেল বা তামা হিসাবে ঘটছে, এবং ব্যাপকভাবে পৃথিবীর ভূত্বকের মধ্যে বিতরণ করা হয়। বেশিরভাগ পদার্থ আসে চীন থেকে।

নিওডিয়ামিয়াম যৌগগুলি প্রথম বাণিজ্যিকভাবে 1927 সালে কাচের রঙ হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং চশমার লেন্সগুলিতে এটি একটি জনপ্রিয় সংযোজন হিসাবে রয়ে গেছে। Nd³⁺ আয়নগুলির উপস্থিতির কারণে নিওডিয়ামিয়াম যৌগগুলির রঙে প্রায়শই লাল-বেগুনি আভা থাকে তবে এটি আলোর ধরণের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়।

আবেদন

Ndodymium-doped লেন্সগুলি লেজারগুলিতে ব্যবহৃত হয় যা 1047 এবং 1062 ন্যানোমিটারের মধ্যে তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ ইনফ্রারেড বিকিরণ নির্গত করে। এগুলি অত্যন্ত উচ্চ শক্তি সহ সিস্টেমে ব্যবহার করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, জড়ের উপর পরীক্ষায়নিয়ন্ত্রণ।

Nd:ধাতু Nd:YAG লেজারে অন্যান্য স্ফটিক (যেমন ইট্রিয়াম অ্যালুমিনিয়াম গারনেট) এর সাথেও ব্যবহৃত হয়। এই সেটআপটি সাধারণত প্রায় 1064 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ ইনফ্রারেড রশ্মি নির্গত করে। এটি সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত সলিড স্টেট লেজারগুলির মধ্যে একটি৷

নিওডিয়ামিয়াম ধাতুর আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার হল শক্তিশালী, উচ্চ-শক্তির স্থায়ী চুম্বক তৈরি করতে ব্যবহৃত সংকর ধাতুগুলির একটি শক্তিশালী উপাদান হিসাবে। এগুলি মাইক্রোফোন, পেশাদার লাউডস্পিকার, ইন-ইয়ার হেডফোন, উচ্চ কার্যকারিতা ডিসি মোটর, কম্পিউটার হার্ড ড্রাইভের মতো পণ্যগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় যেখানে কম চৌম্বকীয় ভর (ভলিউম) বা শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োজন৷

বৃহৎ নিওডিয়ামিয়াম চুম্বকগুলি উচ্চ শক্তি এবং ওজনের বৈদ্যুতিক মোটর (যেমন হাইব্রিড গাড়ি) এবং জেনারেটরগুলিতে (যেমন বিমান এবং বায়ু খামার বৈদ্যুতিক জেনারেটর) ব্যবহার করা হয়। এছাড়াও, উপাদানটি কিছু খাদকে শক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, এই পদার্থের মাত্র 1.5% যোগ করার পরে টাইটানিয়াম দেড়গুণ শক্তিশালী হয়।

শারীরিক বৈশিষ্ট্য

ধাতব নিওডিয়ামিয়াম ক্লাসিক মিসমেটালে (বিরল পৃথিবীর উপাদানগুলির একটি সংকর ধাতু) উপস্থিত থাকে, যেখানে এর ঘনত্ব সাধারণত 18% হয়। এর বিশুদ্ধ আকারে, উপাদানটির একটি উজ্জ্বল রূপালী-সোনার ধাতব দীপ্তি রয়েছে, তবে দ্রুত সাধারণ বাতাসে অক্সিডাইজ হয়। একটি অক্সাইড স্তর তৈরি হয় এবং ফ্লেক হয়ে যায়, ধাতুটিকে আরও জারণে উন্মুক্ত করে। এইভাবে,পদার্থের সেন্টিমিটার নমুনা এক বছরের মধ্যে সম্পূর্ণরূপে জারিত হয়৷

নিওডিয়ামিয়াম সাধারণত দুটি অ্যালোট্রপিক আকারে বিদ্যমান, একটি দ্বিগুণ ষড়ভুজ ঘন কাঠামো থেকে কেন্দ্র থেকে কেন্দ্রে রূপান্তর সহ। এটি 1024 ডিগ্রি সেলসিয়াসে গলতে শুরু করে এবং 3074 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ফুটতে শুরু করে। কঠিন পর্যায়ে পদার্থের ঘনত্ব হল 7.01 g/cm³, তরল অবস্থায় 6.89 g/cm³.

পারমাণবিক বৈশিষ্ট্য:

• অক্সিডেশন অবস্থা: +4, +3, +2 (বেসিক অক্সাইড)।
• ইলেক্ট্রোনেগেটিভিটি: 1, 14 (পোলিং স্কেল)।
• তাপ পরিবাহিতা: 16.5 W/(m K)।
• আয়নাইজেশন শক্তি: 1: 533, 1 kJ/mol, 2: 1040 kJ/mol, 3: 2130 kJ/mol।
• একটি পরমাণুর ব্যাসার্ধ: 181 পিকোমিটার।

রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য

ধাতু নিওডিয়ামিয়াম বাতাসে ধীরে ধীরে কলঙ্কিত হয় এবং প্রায় 150 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সহজেই পুড়ে নিওডিয়ামিয়াম(III) অক্সাইড তৈরি করে:

4Nd + 3O₂ → 2Nd₂O₃

এটি একটি ইলেক্ট্রোপজিটিভ উপাদান। এটি ঠান্ডা জলের সাথে ধীরে ধীরে বিক্রিয়া করে, বরং গরম জলের সাথে দ্রুত, নিওডিয়ামিয়াম (III) হাইড্রক্সাইড গঠন করে:

2Nd(s) + 6H_{2O(l) → 2Nd(OH)}3 _{(aq) + 3H 2}(ছ)

ধাতুটি সমস্ত হ্যালোজেনের সাথে জোরালোভাবে বিক্রিয়া করে, সহজে পাতলা সালফিউরিক অ্যাসিডে দ্রবীভূত হয়ে দ্রবণ তৈরি করে যাতে বেগুনি Nd(III) আয়ন থাকে।

উৎপাদন

নিওডিয়ামিয়াম ধাতু প্রকৃতিতে একটি মুক্ত উপাদান হিসাবে ঘটে না। এটা যেমন আকরিক থেকে খনন করা হয়bastnäsite এবং monazite, যেখানে এটি অন্যান্য lanthanides এবং অন্যান্য উপাদানের সাথে যুক্ত। এই খনিজগুলির প্রধান খনির এলাকাগুলি চীন, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, ব্রাজিল, ভারত, শ্রীলঙ্কা এবং অস্ট্রেলিয়ায় অবস্থিত। রাশিয়াতেও ছোট আমানত অনুসন্ধান করা হয়েছে৷

নিওডিয়ামিয়ামের মজুদ প্রায় 8 মিলিয়ন টন আনুমানিক। পৃথিবীর ভূত্বকের মধ্যে এর ঘনত্ব প্রায় 38 মিলিগ্রাম/কেজি, যা সেরিয়ামের পরে বিরল পৃথিবীর উপাদানগুলির মধ্যে দ্বিতীয় সর্বোচ্চ। বিশ্ব ধাতু উৎপাদন প্রায় 7000 টন। উৎপাদনের প্রধান অংশ চীনের অন্তর্গত। পিআরসি সরকার সম্প্রতি উপাদানটিকে কৌশলগতভাবে গুরুত্বপূর্ণ হিসাবে স্বীকৃতি দিয়েছে এবং এর রপ্তানির উপর বিধিনিষেধ আরোপ করেছে, যার ফলে ভোক্তা দেশগুলিতে কিছু উদ্বেগ সৃষ্টি হয়েছে এবং নিওডিয়ামিয়ামের দাম 500 ডলারে তীব্রভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে। আজ, প্রতি কিলোগ্রাম বিশুদ্ধ ধাতুর গড় মূল্য $300-350 এর মধ্যে পরিবর্তিত হয়, নিওডিয়ামিয়াম অক্সাইড সস্তা: $70-130।

এমন কিছু ঘটনা আছে যখন চীন সরকারের নিষেধাজ্ঞা উপেক্ষা করে অবৈধ বাণিজ্যের কারণে ধাতুর মূল্য $৪০-এ নেমে এসেছে। মূল্য নির্ধারণ এবং প্রাপ্যতা অনিশ্চয়তা জাপানী কোম্পানিগুলিকে কম বা কোন বিরল পৃথিবীর উপাদান সহ স্থায়ী চুম্বক এবং সম্পর্কিত বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করতে পরিচালিত করেছে৷