魔法の希土類元素：「永久磁石の王様」ネオジム

バストネサイト

ネオジムは原子番号60、原子量144.24で、地殻中の含有量は0.00239%です。主にモナザイトとバストネサイト中に存在します。自然界にはネオジムの同位体が7つ存在し、ネオジム142、143、144、145、146、148、150です。その中で、ネオジム142の含有量が最も高いです。プラセオジムの誕生とともに、ネオジムは誕生しました。ネオジムの登場は希土類元素分野を活性化させ、重要な役割を果たし、希土類元素市場にも影響を与えています。

ネオジムの発見

ネオジムの発見者、カール・オルフォン・ヴェルスバッハ（1858-1929）

1885年、オーストリアの化学者カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハはウィーンでネオジムを発見しました。彼は硝酸アンモニウム四水和物を硝酸から分離・結晶化させ、同時に分光分析によって対称型ネオジム物質からネオジムとプラセオジムを分離しました。しかし、比較的純粋な形で分離されたのは1925年になってからでした。

1950年代以降、高純度ネオジム（99%以上）は主にモナザイトのイオン交換プロセスによって得られていました。金属自体は、そのハロゲン化塩を電気分解することによって得られます。現在、ネオジムの大部分はバスタ・ナサナイト中の(Ce,La,Nd,Pr)CO3Fから抽出され、溶媒抽出によって精製されています。イオン交換精製により、最高純度（通常99.99%以上）が確保されます。製造が段階結晶化技術に依存していた時代には、プラセオジムの痕跡を完全に除去することが困難であったため、1930年代に製造された初期のネオジムガラスは、現代のものよりも紫色が濃く、色調は赤またはオレンジがかっています。

ネオジム金属

金属ネオジムは、明るい銀色の金属光沢を持ち、融点は1024℃、密度は7.004g/cmで、常磁性を示します。ネオジムは最も活性の高い希土類金属の一つで、空気中で急速に酸化されて黒ずみ、その後酸化被膜を形成して剥離し、さらなる酸化にさらされます。そのため、1cm角のネオジムサンプルは1年以内に完全に酸化されます。冷水中ではゆっくりと反応しますが、温水中では急速に反応します。

ネオジムの電子配置

電子配置:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

ネオジムのレーザー性能は、4f軌道電子の異なるエネルギー準位間の遷移によって引き起こされます。このレーザー材料は、通信、情報ストレージ、医療、機械加工などに広く用いられています。中でも、イットリウムアルミニウムガーネットY3Al5O12:Nd（YAG:Nd）は優れた性能で広く使用されており、Ndドープガドリニウムスカンジウムガリウムガーネットはより高い効率を備えています。

ネオジムの応用

ネオジムの最大の用途は、NdFeB永久磁石材料です。NdFeB磁石は、その高い磁気エネルギー積から「永久磁石の王様」と呼ばれ、その優れた性能から電子機器、機械、その他の産業で広く使用されています。英国エクセター大学カンバーランド鉱山学校の応用鉱業教授であるフランシス・ウォール氏は、「磁石の分野では、ネオジムに匹敵するものは他にありません。アルファ磁気分光計の開発成功は、中国のNdFeB磁石の磁気特性が世界トップクラスに達したことを示しています」と述べています。

ハードディスク上のネオジム磁石

ネオジムは、セラミック、鮮やかな紫色のガラス、レーザー加工用の人工ルビー、赤外線を透過する特殊ガラスの製造に使用されます。プラセオジムと併用することで、ガラス吹き用のゴーグルも製造されます。

マグネシウムやアルミニウム合金に1.5%～2.5%のナノネオジム酸化物を添加すると、合金の高温性能、気密性、耐腐食性が向上し、航空宇宙用の材料として広く使用されています。

ナノネオジム酸化物を添加したナノイットリウムアルミニウムガーネットは短波レーザービームを生成し、産業界では厚さ10mm以下の薄い材料の溶接や切断に広く使用されています。

Nd:YAGレーザーロッド

医療においては、ナノネオジム酸化物を添加したナノイットリウムアルミニウムガーネットレーザーが、外科用メスの代わりに、手術創の除去や傷口の消毒に使用されます。

ネオジムガラスは、ガラス溶融物に酸化ネオジムを加えることで作られます。ネオジムガラスは、太陽光や白熱灯の下では通常ラベンダー色に見えますが、蛍光灯の下ではライトブルーに見えます。ネオジムは、純粋なバイオレット、ワインレッド、ウォームグレーなど、繊細な色合いのガラスに着色することができます。

ネオジムガラス

科学技術の発展と希土類科学技術の拡大と拡張により、ネオジムの利用空間はより広くなるだろう。