Prazeodymjest trzecim pod względem liczebności pierwiastkiem lantanowców w układzie okresowym pierwiastków chemicznych, z zawartością w skorupie wynoszącą 9,5 ppm, tylko mniejszą niżcer, itr,lantan, Iskand.Jest piątym pod względem liczebności pierwiastkiem pierwiastków ziem rzadkich.Ale podobnie jak jego imię,prazeodymjest prostym i pozbawionym ozdób członkiem rodziny pierwiastków ziem rzadkich.
CF Auer Von Welsbach odkrył prazeodym w 1885 roku.
W 1751 roku szwedzki mineralog Axel Fredrik Cronstedt znalazł na obszarze górniczym Bastnä minerał ciężki, który później nazwano cerytem.Trzydzieści lat później piętnastoletni Vilhelm Hisinger z rodziny będącej właścicielem kopalni wysłał swoje próbki Carlowi Scheele, ale nie odkrył on żadnych nowych pierwiastków.W 1803 roku, gdy Singer został kowalem, wrócił na obszar górniczy wraz z Jönsem Jacobem Berzeliusem i oddzielił nowy tlenek, planetę karłowatą Ceres, którą odkryli dwa lata temu.Ceria została oddzielona niezależnie przez Martina Heinricha Klaprotha w Niemczech.
W latach 1839-1843 odkrył to szwedzki chirurg i chemik Carl Gustaf Mosandertlenek cerubyła mieszaniną tlenków.Wyodrębnił dwa inne tlenki, które nazwał lantaną i didymią „didymią” (po grecku „bliźniaki”).Częściowo rozłożyłazotan cerupróbkę poprzez prażenie jej na powietrzu, a następnie potraktowanie rozcieńczonym kwasem azotowym w celu otrzymania tlenku.Dlatego też nazywane są metale tworzące te tlenkilantanIprazeodym.
W 1885 roku CF Auer Von Welsbach, Austriak, który wynalazł osłonę z gazy do lamp torowo-cerowych, z powodzeniem oddzielił „prazeodymowy neodym”, „połączone bliźniaki”, z których oddzielono zieloną sól prazeodymową i różową sól neodymową i uznano je za dwa nowe elementy.Jeden z nich nosi nazwę „Praseodymium” i pochodzi od greckiego słowa prason, oznaczającego zielony związek, ponieważ roztwór wody z solą prazeodymową będzie miał jasnozielony kolor;Drugi element nosi nazwę „Neodym„.Pomyślne rozdzielenie „bliźniaków syjamskich” umożliwiło im samodzielne zaprezentowanie swoich talentów.
Srebrno-biały metal, miękki i plastyczny.Prazeodym ma w temperaturze pokojowej sześciokątną strukturę kryształu.Odporność na korozję w powietrzu jest silniejsza niż w przypadku lantanu, ceru, neodymu i europu, ale pod wpływem powietrza powstaje warstwa delikatnego czarnego tlenku, a próbka metalu prazeodymu wielkości jednego centymetra ulega całkowitej korozji w ciągu około roku.
Jak większośćrzadkie elementy ziemi, prazeodym najprawdopodobniej utworzy stopień utlenienia +3, który jest jego jedynym stabilnym stanem w roztworach wodnych.Prazeodym występuje na stopniu utlenienia +4 w niektórych znanych związkach stałych, a w warunkach separacji matrycy może osiągnąć unikalny stopień utlenienia +5 wśród pierwiastków lantanowców.
Wodny jon prazeodymu to szartreuse, a wiele przemysłowych zastosowań prazeodymu wiąże się z jego zdolnością do filtrowania żółtego światła w źródłach światła.
Prazeodymowy układ elektroniczny
Emisje elektroniczne:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
59 elektronów prazeodymu jest ułożonych jako [Xe] 4f36s2.Teoretycznie wszystkie pięć elektronów zewnętrznych można wykorzystać jako elektrony walencyjne, ale użycie wszystkich pięciu elektronów zewnętrznych wymaga ekstremalnych warunków.Ogólnie rzecz biorąc, prazeodym emituje w swoich związkach tylko trzy lub cztery elektrony.Prazeodym jest pierwszym pierwiastkiem lantanowców o konfiguracji elektronicznej zgodnej z zasadą Aufbau.Jego orbital 4f ma niższy poziom energii niż orbital 5d, co nie ma zastosowania do lantanu i ceru, ponieważ nagłe skurczenie orbitalu 4f następuje dopiero po lantanie i nie jest wystarczające, aby uniknąć zajęcia powłoki 5d w cerze.Niemniej jednak stały prazeodym wykazuje konfigurację [Xe] 4f25d16s2, w której jeden elektron w powłoce 5d przypomina wszystkie inne trójwartościowe pierwiastki lantanowców (z wyjątkiem europu i iterbu, które są dwuwartościowe w stanach metalicznych).
Podobnie jak większość pierwiastków lantanowców, prazeodym zwykle wykorzystuje tylko trzy elektrony jako elektrony walencyjne, a pozostałe elektrony 4f mają silny efekt wiązania: dzieje się tak, ponieważ orbita 4f przechodzi przez obojętny rdzeń ksenonowy elektronu, aby dotrzeć do jądra, po czym następują 5d i 6s i wzrasta wraz ze wzrostem ładunku jonowego.Jednakże prazeodym może nadal tracić czwarty, a czasami nawet piąty elektron walencyjny, ponieważ pojawia się bardzo wcześnie w układzie lantanowców, gdzie ładunek jądrowy jest wciąż wystarczająco niski, a energia podpowłoki 4f jest wystarczająco wysoka, aby umożliwić usunięcie więcej elektronów walencyjnych.
Prazeodym i wszystkie pierwiastki lantanowców (z wyjątkiemlantan, iterbIlutet, nie ma niesparowanych elektronów 4f) są paramagnetyzmem w temperaturze pokojowej.W przeciwieństwie do innych metali ziem rzadkich, które wykazują uporządkowanie antyferromagnetyczne lub ferromagnetyczne w niskich temperaturach, prazeodym jest paramagnetyzmem we wszystkich temperaturach powyżej 1 K
Zastosowanie prazeodymu
Prazeodym jest najczęściej wykorzystywany w postaci mieszanych pierwiastków ziem rzadkich, takich jak środek oczyszczający i modyfikujący materiały metaliczne, katalizatory chemiczne, pierwiastki ziem rzadkich pochodzenia rolniczego i tak dalej.Prazeodym, neodymto najbardziej podobna i najtrudniejsza do rozdzielenia para pierwiastków ziem rzadkich, którą trudno rozdzielić metodami chemicznymi.W produkcji przemysłowej stosuje się zazwyczaj metody ekstrakcji i wymiany jonowej.Jeśli zastosuje się je parami w postaci wzbogaconego neodymu prazeodymowego, można w pełni wykorzystać ich wspólność, a cena jest również tańsza niż produkty jednoelementowe.
Stop prazeodymu i neodymu(prazeodym, neodym metaliczny)stał się samodzielnym produktem, który może być stosowany zarówno jako materiał na magnesy trwałe, jak i dodatek modyfikujący do stopów metali nieżelaznych.Aktywność, selektywność i stabilność katalizatora krakingu ropy naftowej można poprawić przez dodanie koncentratu neodymu prazeodymowego do sita molekularnego zeolitu Y.Jako dodatek modyfikujący tworzywa sztuczne, dodanie prazeodymu i neodymu do politetrafluoroetylenu (PTFE) może znacząco poprawić odporność PTFE na zużycie.
Rzadka ziemiaMateriały z magnesami trwałymi są obecnie najpopularniejszym obszarem zastosowań pierwiastków ziem rzadkich.Sam prazeodym nie jest wybitnym materiałem na magnes trwały, ale jest doskonałym pierwiastkiem synergistycznym, który może poprawić właściwości magnetyczne.Dodanie odpowiedniej ilości prazeodymu może skutecznie poprawić działanie materiałów z magnesami trwałymi.Może również poprawić działanie przeciwutleniające (odporność na korozję powietrzną) i właściwości mechaniczne magnesów i jest szeroko stosowany w różnych urządzeniach elektronicznych i silnikach.
Prazeodym można również stosować do szlifowania i polerowania materiałów.Jak wszyscy wiemy, proszek polerski na bazie czystego ceru jest zwykle jasnożółty i jest wysokiej jakości materiałem do polerowania szkła optycznego i zastępuje czerwony proszek tlenku żelaza, który ma niską skuteczność polerowania i zanieczyszcza środowisko produkcyjne.Ludzie odkryli, że prazeodym ma dobre właściwości polerujące.Proszek do polerowania metali ziem rzadkich zawierający prazeodym będzie miał czerwonawo-brązowy kolor, znany również jako „czerwony proszek”, ale ten czerwony kolor nie jest czerwonym tlenkiem żelaza, ale z powodu obecności tlenku prazeodymu kolor proszku do polerowania metali ziem rzadkich staje się ciemniejszy.Prazeodym zastosowano również jako nowy materiał szlifierski do wytwarzania ściernic korundowych zawierających prazeodym.W porównaniu z białym tlenkiem glinu wydajność i trwałość można poprawić o ponad 30% podczas szlifowania stali konstrukcyjnej węglowej, stali nierdzewnej i stopów wysokotemperaturowych.Aby obniżyć koszty, w przeszłości często stosowano jako surowce materiały wzbogacone prazeodymowo-neodymowym, stąd nazwa ściernicy prazeodymowo-neodymowo-korundowej.
Kryształy krzemianu domieszkowane jonami prazeodymu zostały wykorzystane do spowolnienia impulsów świetlnych do kilkuset metrów na sekundę.
Dodanie tlenku prazeodymu do krzemianu cyrkonu powoduje zmianę koloru na jasnożółty i można go stosować jako pigment ceramiczny – żółcień prazeodymowa.Żółcień prazeodymowa (Zr02-Pr6Oll-Si02) uznawana jest za najlepszy żółty pigment ceramiczny, który pozostaje stabilny w temperaturze do 1000℃ i może być stosowany w procesach jednorazowych lub dopalania.
Prazeodym jest również stosowany jako barwnik do szkła, o bogatej kolorystyce i dużym potencjale rynkowym.Można wytwarzać produkty ze szkła zielonego prazeodymowego o jasnej zieleni porowej i zielonej cebuli, które można wykorzystać do produkcji zielonych filtrów, a także do szkła artystycznego i rzemieślniczego.Dodanie do szkła tlenku prazeodymu i tlenku ceru może służyć jako gogle spawalnicze.Siarczek prazeodymu można również stosować jako zielony barwnik do tworzyw sztucznych.
Czas publikacji: 29 maja 2023 r