Празеодимє третім за поширеністю лантаноїдним елементом у періодичній системі хімічних елементів, із вмістом у земній корі 9,5 ppm, лише нижче ніжцерій, ітрій,лантан, іскандій. Це п'ятий найпоширеніший елемент у рідкоземельних металах. Але як і його ім'я,празеодимє простим і неприкрашеним представником сімейства рідкоземельних елементів.
К. Ф. Ауер фон Вельсбах відкрив празеодим у 1885 році.
У 1751 році шведський мінералог Аксель Фредрік Кронштедт знайшов важкий мінерал у районі видобутку Бастне, який пізніше назвали церитом. Через тридцять років п'ятнадцятирічний Вільгельм Гізінгер із родини, яка володіла шахтою, надіслав свої зразки Карлу Шеєле, але він не виявив жодних нових елементів. У 1803 році, після того як Сінгер став ковалем, він повернувся до району видобутку з Йонсом Якобом Берцеліусом і відокремив новий оксид, карликову планету Церера, яку вони відкрили два роки тому. Церія була відокремлена незалежно Мартіном Генріхом Клапротом у Німеччині.
Між 1839 і 1843 роками шведський хірург і хімік Карл Густав Мозандер виявив, щооксид церіюбула сумішшю оксидів. Він відокремив два інших оксиди, які він назвав лантаною та дидимією «дідимія» (що грецькою означає «близнюки»). Він частково розклавнітрат церіюзразок, обсмаживши його на повітрі, а потім обробивши його розведеною азотною кислотою для отримання оксиду. Тому названо метали, що утворюють ці оксидилантаніпразеодим.
У 1885 році К. Ф. Ауер фон Вельсбах, австрієць, який винайшов марлеву кришку для торій-церієвої лампи, успішно відокремив «празеодимовий неодим», «з’єднаних близнюків», з яких було виділено зелену сіль празеодиму та рожеву сіль неодиму та визначено, що вони два нових елемента. Один називається «празеодим», що походить від грецького слова prason, що означає зелену сполуку, тому що розчин солоної води празеодиму матиме яскраво-зелений колір; Інший елемент називається "Неодимовий“. Успішне розділення «сиамських близнюків» дозволило їм проявити свої таланти самостійно.
Сріблясто-білий метал, м'який і пластичний. Празеодим має гексагональну кристалічну структуру при кімнатній температурі. Стійкість до корозії на повітрі вища, ніж у лантану, церію, неодиму та європію, але під час дії повітря утворюється шар крихкого чорного оксиду, і зразок металу празеодиму розміром один сантиметр повністю роз’їдається протягом приблизно року.
Як і більшістьрідкоземельні елементи, празеодим, швидше за все, утворює ступінь окислення +3, що є його єдиним стабільним станом у водних розчинах. Празеодим існує в ступені окислення +4 в деяких відомих твердих сполуках, і в умовах розділення матриці він може досягати унікального ступеня окислення +5 серед елементів лантаноїдів.
Водний іон празеодиму є шартрезом, і багато промислових застосувань празеодиму включають його здатність фільтрувати жовте світло в джерелах світла.
Празеодимовий електронний макет
Електронні випромінювання:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
59 електронів празеодиму розташовані як [Xe] 4f36s2. Теоретично всі п'ять зовнішніх електронів можна використовувати як валентні електрони, але використання всіх п'яти зовнішніх електронів вимагає екстремальних умов. Як правило, празеодим випромінює лише три або чотири електрони у своїх сполуках. Празеодим є першим лантаноїдним елементом з електронною конфігурацією, яка відповідає принципу Ауфбау. Його 4f-орбіталь має нижчі рівні енергії, ніж 5d-орбіталь, що не стосується лантану та церію, оскільки раптове скорочення 4f-орбіталі відбувається лише після лантану, і цього недостатньо, щоб уникнути зайняття 5d-оболонки церію. Тим не менш, твердий празеодим демонструє конфігурацію [Xe] 4f25d16s2, де один електрон у 5d-оболонці нагадує всі інші тривалентні лантаноїди (за винятком європію та ітербію, які двовалентні в металевих станах).
Як і більшість елементів лантаноїдів, празеодим зазвичай використовує лише три електрони як валентні електрони, а решта 4f-електронів мають сильний ефект зв’язування: це тому, що 4f-орбіта проходить через інертне ксенонове ядро електрона, щоб досягти ядра, а потім 5d і 6s , і зростає зі збільшенням іонного заряду. Проте празеодим все ще може продовжувати втрачати четвертий і навіть іноді п’ятий валентний електрон, оскільки він з’являється дуже рано в системі лантаноїдів, де заряд ядра все ще досить низький, а енергія субоболонки 4f досить висока, щоб дозволити видалення більше валентного електрона.
Празеодим і всі лантаноїдні елементи (крімлантан, ітербійілютецій, немає неспарених електронів 4f) є парамагнетизмом при кімнатній температурі. На відміну від інших рідкоземельних металів, які виявляють антиферомагнітне або феромагнітне впорядкування при низьких температурах, празеодім є парамагнетизмом при всіх температурах вище 1 К
Застосування празеодиму
Празеодим в основному використовується у формі змішаних рідкісноземельних елементів, наприклад, як засіб для очищення та модифікації металевих матеріалів, хімічних каталізаторів, сільськогосподарських рідкісноземельних елементів тощо.Празеодим неодимовийє найбільш схожою і важко роздільною парою рідкоземельних елементів, яку важко розділити хімічними методами. У промисловому виробництві зазвичай використовуються методи екстракції та іонного обміну. Якщо вони використовуються в парах у вигляді збагаченого празеодимового неодиму, їх спільність може бути повністю використана, а ціна також дешевша, ніж одноелементні продукти.
Празеодимовий неодимовий сплав(празеодим неодимовий метал)став самостійним продуктом, який може використовуватися як матеріал постійного магніту, так і модифікуюча добавка для сплавів кольорових металів. Активність, селективність і стабільність каталізатора крекінгу нафти можна покращити шляхом додавання концентрату празеодиму неодиму в молекулярне сито цеоліту Y. Як добавка для модифікації пластику, додавання збагаченого празеодиму неодиму до політетрафторетилену (PTFE) може значно покращити зносостійкість PTFE.
РідкісноземельніМатеріали з постійними магнітами є найпопулярнішою областю застосування рідкоземельних матеріалів сьогодні. Сам по собі празеодим не є видатним матеріалом постійного магніту, але він є чудовим синергічним елементом, який може покращити магнітні властивості. Додавання відповідної кількості празеодиму може ефективно покращити характеристики матеріалів постійного магніту. Він також може покращити антиоксидантну дію (стійкість до повітряної корозії) і механічні властивості магнітів, і широко використовується в різних електронних пристроях і двигунах.
Празеодим також можна використовувати для шліфування та полірування матеріалів. Як ми всі знаємо, полірувальний порошок на основі чистого церію зазвичай світло-жовтого кольору, який є високоякісним полірувальним матеріалом для оптичного скла, і замінив червоний порошок оксиду заліза, який має низьку ефективність полірування та забруднює виробниче середовище. Люди виявили, що празеодим має хороші властивості полірування. Рідкоземельний полірувальний порошок, що містить празеодим, матиме червонувато-коричневий колір, також відомий як «червоний порошок», але цей червоний колір не є червоним оксидом заліза, але через присутність оксиду празеодиму колір рідкоземельного полірувального порошку стає темнішим. Празеодим також використовувався як новий шліфувальний матеріал для виготовлення корундових шліфувальних кругів, що містять празеодим. Порівняно з білим оксидом алюмінію ефективність і довговічність можна підвищити більш ніж на 30% при шліфуванні вуглецевої конструкційної сталі, нержавіючої сталі та високотемпературних сплавів. Для того, щоб зменшити витрати, матеріали, збагачені празеодимом, неодимом, часто використовувалися як сировина в минулому, звідси і назва шліфувального круга празеодим, неодим, корунд.
Силікатні кристали, леговані іонами празеодиму, використовувалися для уповільнення світлових імпульсів до кількох сотень метрів на секунду.
Додавання оксиду празеодиму до силікату цирконію стане яскраво-жовтим і може використовуватися як пігмент для кераміки – празеодимовий жовтий. Празеодимовий жовтий (Zr02-Pr6Oll-Si02) вважається найкращим жовтим керамічним пігментом, який залишається стабільним при температурі до 1000 ℃ і може використовуватися для одноразових процесів або процесів повторного спалювання.
Празеодим також використовується як барвник для скла з насиченими кольорами та великим потенційним ринком. Можна виготовляти вироби з празеодимового зеленого скла з яскраво-зеленим і зеленим кольорами цибулі-порею, які можна використовувати для виробництва зелених фільтрів, а також для скла для декоративно-прикладного мистецтва. Додавши до скла оксид празеодиму та оксид церію, можна використовувати як окуляри для зварювання. Сульфід празеодиму також можна використовувати як зелений барвник для пластику.
Час публікації: 29 травня 2023 р