Празеодимє третім за поширеністю лантаноїдним елементом у періодичній таблиці хімічних елементів, його вміст у земній корі становить 9,5 ppm, що нижче лише зацерій, ітрій,лантан, таскандійЦе п'ятий за поширеністю елемент серед рідкісноземельних елементів. Але, як і його ім'я,празеодимє простим і непримітним членом родини рідкісноземельних елементів.
К. Ф. Ауер фон Вельсбах відкрив празеодим у 1885 році.
У 1751 році шведський мінералог Аксель Фредрік Кронштедт знайшов у районі видобутку Бастнес важкий мінерал, який пізніше отримав назву церит. Тридцять років по тому п'ятнадцятирічний Вільгельм Гізінгер з родини, яка володіла шахтою, надіслав свої зразки Карлу Шееле, але той не відкрив жодних нових елементів. У 1803 році, після того як Зінгер став ковалем, він повернувся до району видобутку разом з Йонсом Якобом Берцеліусом і виділив новий оксид - карликову планету Церера, яку вони відкрили два роки тому. Церій був незалежно виділений Мартіном Генріхом Клапротом у Німеччині.
Між 1839 і 1843 роками шведський хірург і хімік Карл Густав Мосандер виявив, щооксид церіюбула сумішшю оксидів. Він виділив два інші оксиди, які назвав лантаном та дидимією («дидимія» (грецькою означає «близнюки»). Він частково розклавнітрат церіюзразок шляхом випалювання на повітрі, а потім обробили розведеною азотною кислотою для отримання оксиду. Метали, що утворюють ці оксиди, тому називаютьсялантаніпразеодим.
У 1885 році австрієць К. Ф. Ауер фон Вельсбах, який винайшов марлевий чохол для торієво-церієвої лампи, успішно розділив «празеодим-неодим», «сіамських близнюків», з яких були виділені зелена сіль празеодиму та рожева сіль неодиму, і було визначено, що це два нові елементи. Один з них отримав назву «празеодим», що походить від грецького слова prason, що означає «зелена сполука», оскільки розчин солі празеодиму у воді матиме яскраво-зелений колір; інший елемент отримав назву «Неодим«. Успішне розділення «сіамських близнюків» дозволило їм самостійно проявити свої таланти.
Сріблясто-білий метал, м'який та пластичний. Празеодим має гексагональну кристалічну структуру за кімнатної температури. Корозійна стійкість на повітрі сильніша, ніж у лантану, церію, неодиму та європію, але під впливом повітря утворюється шар крихкого чорного оксиду, і зразок металевого празеодиму розміром один сантиметр повністю кородує приблизно протягом року.
Як і більшістьрідкоземельні елементи, празеодим, найімовірніше, утворює ступінь окиснення a+3, який є його єдиним стабільним станом у водних розчинах. Празеодим існує в ступені окиснення a+4 у деяких відомих твердих сполуках, а за умов матричного розділення він може досягти унікального ступеня окиснення +5 серед лантаноїдних елементів.
Водний іон празеодиму має шартрез, і багато промислових застосувань празеодиму пов'язані з його здатністю фільтрувати жовте світло в джерелах світла.
Празеодимова електронна схема
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 можуть бути використані 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 елементом лантаноїдів з електронною конфігурацією, яка відповідає принципу Ауфбау. Його 4f-орбіталь має нижчі енергетичні рівні, ніж 5d-орбіталь, що не застосовується до лантану та церію, оскільки раптове скорочення 4f-орбіталі відбувається лише після лантану та недостатнє, щоб уникнути зайняття 5d-оболонки в церії. Тим не менш, твердий празеодим демонструє конфігурацію [Xe] 4f25d16s2, де один електрон на 5d-оболонці нагадує всі інші тривалентні елементи лантаноїдів (за винятком європію та ітербію, які є двовалентними в металевих станах).
Як і більшість елементів лантаноїдного ряду, празеодим зазвичай використовує лише три електрони як валентні електрони, а решта 4f-електронів мають сильний зв'язуючий ефект: це пояснюється тим, що 4f-орбіта проходить через інертне ксенонове ядро електрона, щоб досягти ядра, а потім 5d та 6s, і збільшується зі збільшенням іонного заряду. Однак, 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 ще достатньо низький, а енергія 4f-підоболонки достатньо висока, щоб дозволити видалення більшої кількості валентного електрона.
Празеодим та всі лантаноїдні елементи (крімлантан, ітербійілютецій, немає неспарених 4f-електронів) є парамагнетизмом за кімнатної температури. На відміну від інших рідкоземельних металів, які демонструють антиферомагнітне або феромагнітне впорядкування за низьких температур, празеодим є парамагнетизмом за всіх температур вище 1K.
Застосування празеодиму
Празеодим здебільшого використовується у вигляді змішаних рідкісноземельних елементів, наприклад, як очисний та модифікуючий агент для металевих матеріалів, хімічних каталізаторів, сільськогосподарських рідкісноземельних елементів тощо.Празеодим неодимє найбільш схожою та важко роздільною парою рідкоземельних елементів, яку важко розділити хімічними методами. Промислове виробництво зазвичай використовує методи екстракції та іонного обміну. Якщо вони використовуються парами у формі збагаченого празеодиму-неодиму, їх спільність може бути повністю використана, а ціна також нижча, ніж у одноелементних продуктів.
Празеодим-неодимовий сплав(празеодим (неодим)став незалежним продуктом, який можна використовувати як матеріал для постійних магнітів, так і як модифікуючу добавку для сплавів кольорових металів. Активність, селективність та стабільність каталізатора крекінгу нафти можна покращити, додавши концентрат празеодиму-неодиму до молекулярного сита цеоліту Y. Як модифікуюча добавка для пластику, додавання збагаченого празеодимом-неодимом політетрафторетилену (ПТФЕ) може значно покращити зносостійкість ПТФЕ.
РідкісноземельніПостійні магнітні матеріали є найпопулярнішою сферою застосування рідкоземельних елементів сьогодні. Празеодим сам по собі не є видатним матеріалом для постійних магнітів, але він є чудовим синергетичним елементом, який може покращити магнітні властивості. Додавання відповідної кількості празеодиму може ефективно покращити характеристики матеріалів для постійних магнітів. Він також може покращити антиоксидантну дію (стійкість до корозії на повітрі) та механічні властивості магнітів, і широко використовується в різних електронних пристроях та двигунах.
Празеодим також можна використовувати для шліфування та полірування матеріалів. Як усім відомо, чистий полірувальний порошок на основі церію зазвичай світло-жовтого кольору, що є високоякісним полірувальним матеріалом для оптичного скла, і він замінив червоний порошок оксиду заліза, який має низьку ефективність полірування та забруднює виробниче середовище. Люди виявили, що празеодим має хороші полірувальні властивості. Порошок для полірування рідкоземельних елементів, що містить празеодим, має червонувато-коричневий колір, також відомий як «червоний порошок», але цей червоний колір не є червоним оксидом заліза, а через наявність оксиду празеодиму колір порошку для полірування рідкоземельних елементів стає темнішим. Празеодим також використовувався як новий шліфувальний матеріал для виготовлення корундових шліфувальних кругів, що містять празеодим. Порівняно з білим оксидом алюмінію, ефективність та довговічність можуть бути покращені більш ніж на 30% при шліфуванні вуглецевої конструкційної сталі, нержавіючої сталі та жароміцних сплавів. Для зниження витрат у минулому як сировина часто використовувалися матеріали, збагачені празеодимом та неодимом, звідси й назва празеодим-неодим-корундові шліфувальні круги.
Кристали силікату, леговані іонами празеодиму, використовувалися для уповільнення світлових імпульсів до кількох сотень метрів за секунду.
Додавання оксиду празеодиму до силікату цирконію призведе до яскраво-жовтого кольору, який можна використовувати як керамічний пігмент – празеодимовий жовтий. Празеодимовий жовтий (Zr02-Pr6Oll-Si02) вважається найкращим жовтим керамічним пігментом, який залишається стабільним при температурі до 1000 ℃ і може використовуватися для одноразового використання або для процесів повторного випалювання.
Празеодим також використовується як барвник для скла, з насиченими кольорами та великим ринковим потенціалом. Можна виготовляти скляні вироби з празеодимового зеленого кольору з яскравими кольорами цибулі-порею та зеленої цибулі, які можна використовувати для виробництва зелених фільтрів, а також для скла для художніх та ремісничих виробів. Додавання оксиду празеодиму та оксиду церію до скла може бути використане для виготовлення захисних окулярів для зварювання. Сульфід празеодиму також можна використовувати як зелений барвник для пластику.
Час публікації: 29 травня 2023 р.