K čemu je dobrý – neodym?

Má zajímavý a exotický název. Prvek skutečně exotický je – i když se ho v zemské kůře nachází více, než olova. Pro naši technicky orientovanou civilizaci má značný význam. Jeho použití vás možná překvapí.

Neodym je stříbřitě bílý, měkký kov. V periodické tabulce ho najdete mezi tzv. „lanthanoidy“ – na obrázku označenými světlejší růžovou barvou.

Pokud někde uvidíte čistý neodym, bude se nejspíše nacházet v uzavřené nebo zatavené nádobce. Neodym je totiž kov, který velice ochotně reaguje se vzdušným kyslíkem a pokrývá se vrstvičkou oxidu neodymitého. Je to podobný jev, který pozorujeme při rezavění železa – u neodymu ovšem probíhá daleko rychleji.

Chaotický objev neodymu

Jeho jméno je odvozeno z řeckého neos – nový a didymos – dvojitý. A ke svému majiteli se skutečně hodí.

Když v roce 1841 Carl Gustav Mosander extrahoval z oxidu lanthanu novou sloučeninu, nazval ji „didym“. Teprve pár desetiletí později vyšlo najevo, že se didym skládá vlastně z více prvků. V roce 1879 z látky, nazývané didym oddělil Lecoq de Boisbaudran další prvek – samarium. V roce 1885 se podařilo Carlu Auerovi z Welsbachu rozdělit didym na praseodym a neodym. Kovový, tedy čistý neodym se podařil izolovat teprve v roce 1925. Neodym byl tedy v době svého objevu – chemickým trojčetem, později dvojčetem.

Ložiska neodymu

Neodym patří k tzv. vzácným zeminám. Jejich název je trošku zavádějící. „Vzácné zeminy“ nejsou ani vzácné – ani zeminy. Například neodymu není v zemské kůře zrovna málo – je ho dokonce víc, než olova. Na Zemi je ale jen málo míst, kde by se vzácné zeminy nacházely ve větší koncentraci.  Doly se nacházejí většinou v Číně, která pokrývá 90 % světového trhu. Stejně tak nejsou vzácné zeminy zeminami v pravém slova smyslu – jedná se o kovy se speciálními vlastnostmi.

K čemu je dobrý neodym?

Neodym je skutečným high-tech prvkem. Používá se k výrobě silných permanentních magnetů, všestranných laserů, nebo také zvláštního skla, které mění barvu podle osvětlení.  

Neodymové magnety

Asi nejznámějším je použití neodymu pro výrobu silných permanentních magnetů. Ve spojení s železem a borem (Nd2Fe14B) vzniká magnetická slitina, která je schopná ve formě malé tabletky unést tisícinásobek své vlastní hmotnosti. Jejich výroba je dokonce ještě levnější než výroba dřívějších železo-samariových magnetů. Není tedy divu, že výkonné neodymové magnety získaly obrovskou popularitu. Používají se v elektrotechnice a počítačové technologii.

Neodymové magnety samozřejmě nemají jen samé kladné vlastnosti. Jejich slabinou je ztráta magnetických vlastností při vyšších teplotách. Už 80 °C je pro ně nebezpečných. Dřívější železo-samariové magnety vydrží až teplotu 300 stupňů beze ztráty magnetických vlastností.

Další problém je spojený s vynikající magnetickou silou neodymových magnetů. Jsou nebezpečné pro magnetická záznamové media (diskety, pevné disky) ale i bankovní karty. Poškodí také některé obrazovky nebo měřicí přístroje. Neodymové magnety opravdu nepatří do blízkosti peněženky a mobilního telefonu, případně notebooku, jak se přesvědčí lidé, kteří je bezstarostně vhodí do příruční kabely nebo kabelky.

Sklo s neuvěřitelnou vlastností – umí měnit barvu

Zhruba 20 % vytěžených vzácných zemin se používá ve sklářském průmyslu a k výrobě keramiky. V keramickém průmyslu se používá neodym v modrých glazurách. Když se neodym přidá do skelné hmoty, vzniká sklo, které má jedinečnou vlastnost: mění svou barvu podle druhu osvětlení. Čím je tato speciální vlastnost způsobena?

Neodymové sklo má jednu speciální vlastnost: pohlcuje různé vlnové délky světla různým způsobem. Sklo nebo i drahokamy (alexandrit), které umí měnit barvu podle momentálního osvětlení, mívá zpravidla dvě oblasti, ve kterých se světlo nepohlcuje (viz obrázek, kde je procento průhlednosti nejvyšší) a jednu oblast, která je dělí a ve které se naopak téměř veškeré světlo pohltí.

Různé světelné zdroje mají rozdílné složení vlnových délek světla, které vysílají. Poté, co sklo pohltí svou specifickou vlnovou délku (zde žlutá), může výsledná okamžitá barva skla vypadat u různých zdrojů různě.  V silném denním světle má komplementární fialovou barvu. V umělém světle bude barva spíše zelená nebo modrá.

Neodymový laser

Neodymem dotované krystaly (které mají na rozdíl od amorfního skla přesnou strukturu, určenou svou krystalickou mřížkou) se používají jako laserová media. Nejznámější je jistě Nd-YAG laser. Jeho základní krystal se skládá z yttriovo-hliníkového granátu s kubickou mřížkou, doplněného o atomy neodymu. Tento laser emituje světlo s vlnovou délkou 1064 nm – tedy vně viditelné oblasti, v infračerveném pásmu. Ta se dá dále upravovat, takže Nd-YAG laser běžně využívá i poloviční a čtvrtinovou vlnovou délku. Světlo poloviční vlnové délky má typickou zelenou barvu, jeho čtvrtinová vlnová délka už spadá do oblasti ultrafialového záření – 266 nm.

Nd:YAG se stal díky vysokému výkonu a flexibilitě (možnost využití UV i IR vlnových délek) laserem s nejrůznějším uplatněním. Používá se hlavně pro vrtání, svařování, žíhání, řezání a značkování. Další uplatnění nalezl i v medicíně, nepostradatelný je pro vědu, biologii a pro různé vojenské aplikace.

Chtěla bych vytvořit malý seriál o méně známých chemických prvcích. Mnohé z nich používáme v každodenním životě, aniž bychom si to uvědomovali. A mnohé se používají k zajímavým nebo překvapujícím účelům.

Pokračování příště ...  „k čemu je dobrý – praseodym“?