Prazeodimijumje treći najzastupljeniji lantanoidni element u periodnom sistemu hemijskih elemenata, sa obiljem od 9,5 ppm u kori, što je tek manje odcerijum, itrijum,lantaniskandijTo je peti najzastupljeniji element među rijetkim zemnim elementima. Ali baš kao i njegovo ime,prazeodimijumje jednostavan i neukrašen član porodice rijetkih zemalja.
CF Auer Von Welsbach je otkrio prazeodimijum 1885. godine.
Godine 1751. švedski mineralog Axel Fredrik Cronstedt pronašao je teški mineral u rudarskom području Bastnäs, koji je kasnije nazvan cerit. Trideset godina kasnije, petnaestogodišnji Vilhelm Hisinger iz porodice koja je posjedovala rudnik poslao je svoje uzorke Carlu Scheeleu, ali on nije otkrio nikakve nove elemente. Godine 1803., nakon što je Singer postao kovač, vratio se u rudarsko područje s Jönsom Jacobom Berzeliusom i odvojio novi oksid, patuljastu planetu Ceres, koju su otkrili prije dvije godine. Cerij je nezavisno odvojio Martin Heinrich Klaproth u Njemačkoj.
Između 1839. i 1843. godine, švedski hirurg i hemičar Carl Gustaf Mosander otkrio je dacerijum oksidbila je mješavina oksida. Odvojio je dva druga oksida, koje je nazvao lantanu i didimiju "didimija" (što na grčkom znači "blizanci"). Djelomično je razložiocerijum nitratuzorak pečenjem na zraku, a zatim tretiranjem razrijeđenom dušičnom kiselinom da bi se dobio oksid. Metali koji formiraju ove okside stoga se nazivajulantaniprazeodimijum.
Godine 1885., CF Auer Von Welsbach, Austrijanac koji je izumio gazu za torijum-cerijumsku lampu, uspješno je odvojio "prazeodimijum neodimijum", "spojene blizance", od kojih su odvojene zelena prazeodimijumska so i ružičasta neodimijumska so, te je utvrđeno da su to dva nova elementa. Jedan je nazvan "prazeodimijum", što potiče od grčke riječi prason, što znači zeleni spoj, jer će rastvor prazeodimijumske soli u vodi imati jarko zelenu boju; drugi element je nazvan "Neodimijum„Uspješno razdvajanje „sijamskih blizanaca“ omogućilo im je da samostalno pokažu svoje talente.“
Srebrno-bijeli metal, mekan i duktilan. Prazeodimijum ima heksagonalnu kristalnu strukturu na sobnoj temperaturi. Otpornost na koroziju na zraku je jača od lantana, cerija, neodimijuma i europija, ali kada je izložen zraku, stvara se sloj krhkog crnog oksida, a uzorak metala prazeodimijuma veličine jednog centimetra potpuno korodira u roku od otprilike godinu dana.
Kao i većinarijetki zemni elementiPrazeodim najvjerovatnije formira oksidacijsko stanje a+3, što je njegovo jedino stabilno stanje u vodenim rastvorima. Prazeodim postoji u oksidacijskom stanju a+4 u nekim poznatim čvrstim spojevima, a pod uslovima matričnog odvajanja može dostići jedinstveno oksidacijsko stanje +5 među lantanoidnim elementima.
Vodeni rastvor prazeodimijum jona je žutozelene boje, a mnoge industrijske upotrebe prazeodimijuma uključuju njegovu sposobnost filtriranja žute svjetlosti u izvorima svjetlosti.
Prazeodimijski elektronski raspored
Elektronske emisije:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
59 elektrona prazeodimija su raspoređeni kao [Xe] 4f36s2. Teoretski, svih pet vanjskih elektrona može se koristiti kao valentni elektron, ali upotreba svih pet vanjskih elektrona zahtijeva ekstremne uslove. Generalno, prazeodimij emituje samo tri ili četiri elektrona u svojim jedinjenjima. Prazeodimij je prvi lantanoidni element sa elektronskom konfiguracijom koja je u skladu sa Aufbau principom. Njegova 4f orbitala ima niže energetske nivoe od 5d orbitale, što se ne odnosi na lantan i cerijum, jer se nagla kontrakcija 4f orbitale ne dešava sve do nakon lantana i nije dovoljna da se izbjegne zauzimanje 5d ljuske u cerijumu. Ipak, čvrsti prazeodimij pokazuje konfiguraciju [Xe] 4f25d16s2, gdje jedan elektron u 5d ljusci podsjeća na sve ostale trovalentne lantanoidne elemente (osim europija i iterbija, koji su dvovalentni u metalnim stanjima).
Kao i većina lantanoidnih elemenata, prazeodimijum obično koristi samo tri elektrona kao valentne elektrone, a preostali 4f elektroni imaju snažan vezivni efekat: to je zato što 4f orbita prolazi kroz inertno ksenonsko jezgro elektrona da bi stigla do jezgra, nakon čega slijede 5d i 6s, i povećava se s povećanjem jonskog naboja. Međutim, prazeodimijum i dalje može nastaviti gubiti četvrti, pa čak i povremeno peti valentni elektron, jer se pojavljuje vrlo rano u lantanoidnom sistemu, gdje je nuklearni naboj još uvijek dovoljno nizak, a energija 4f podljuske dovoljno visoka da omogući uklanjanje više valentnih elektrona.
Prazeodimijum i svi lantanoidni elementi (osimlantan, iterbijumilutecij, nema nesparenih 4f elektrona) su paramagnetizam na sobnoj temperaturi. Za razliku od drugih rijetkih zemnih metala koji pokazuju antiferomagnetsko ili feromagnetno uređenje na niskim temperaturama, prazeodimijum je paramagnetizam na svim temperaturama iznad 1K.
Primjena praseodimijuma
Prazeodimijum se uglavnom koristi u obliku mješanih rijetkih zemalja, na primjer kao sredstvo za prečišćavanje i modifikaciju metalnih materijala, hemijskih katalizatora, poljoprivrednih rijetkih zemalja i tako dalje.Prazeodimijum neodimijumje najsličniji i najteži za odvajanje par rijetkih zemnih elemenata, koje je teško odvojiti hemijskim metodama. Industrijska proizvodnja obično koristi metode ekstrakcije i ionske izmjene. Ako se koriste u parovima u obliku obogaćenog prazeodimijum neodimijuma, njihova zajednička karakteristika može se u potpunosti iskoristiti, a cijena je također jeftinija od proizvoda od jednog elementa.
Prazeodimijumska neodimijumska legura(prazeodimijum neodimijum metal)postao je nezavisni proizvod koji se može koristiti i kao materijal za permanentne magnete i kao modifikacijski aditiv za legure obojenih metala. Aktivnost, selektivnost i stabilnost katalizatora za krekiranje nafte mogu se poboljšati dodavanjem koncentrata praseodimijum neodimijuma u molekularno sito od zeolita Y. Kao aditiv za modifikaciju plastike, dodavanje obogaćenja praseodimijum neodimijumom u politetrafluoroetilen (PTFE) može značajno poboljšati otpornost PTFE-a na habanje.
Rijetka zemljaMaterijali s permanentnim magnetima su danas najpopularnije područje primjene rijetkih zemalja. Prazeodimij sam po sebi nije izvanredan kao materijal s permanentnim magnetima, ali je odličan sinergijski element koji može poboljšati magnetska svojstva. Dodavanje odgovarajuće količine prazeodimija može efikasno poboljšati performanse materijala s permanentnim magnetima. Također može poboljšati antioksidativne performanse (otpornost na koroziju na zraku) i mehanička svojstva magneta, te se široko koristi u raznim elektroničkim uređajima i motorima.
Prazeodimijum se također može koristiti za brušenje i poliranje materijala. Kao što svi znamo, čisti prah za poliranje na bazi cerijuma je obično svijetložute boje, što je visokokvalitetni materijal za poliranje optičkog stakla, a zamijenio je crveni prah željeznog oksida koji ima nisku efikasnost poliranja i zagađuje proizvodnu okolinu. Ljudi su otkrili da prazeodimijum ima dobra svojstva poliranja. Prah za poliranje rijetkih zemalja koji sadrži prazeodimijum izgledat će crvenkasto-smeđe, također poznat kao "crveni prah", ali ova crvena boja nije crvena željeznog oksida, već zbog prisustva prazeodimijum oksida, boja praha za poliranje rijetkih zemalja postaje tamnija. Prazeodimijum se također koristi kao novi materijal za brušenje za izradu brusnih točaka od korunda koji sadrže prazeodimijum. U poređenju sa bijelim aluminijumom, efikasnost i trajnost mogu se poboljšati za više od 30% pri brušenju ugljičnog konstrukcijskog čelika, nehrđajućeg čelika i legura otpornih na visoke temperature. Kako bi se smanjili troškovi, materijali obogaćeni prazeodimijumom i neodimijumom često su se koristili kao sirovine u prošlosti, otuda i naziv brusni točak od prazeodimijuma i neodimijuma.
Silikatni kristali dopirani prazeodimijum ionima korišteni su za usporavanje svjetlosnih impulsa na nekoliko stotina metara u sekundi.
Dodavanjem prazeodimijum oksida cirkonijum silikatu postat će jarko žuta boja i može se koristiti kao keramički pigment - prazeodimijum žuta. Prazeodimijum žuta (Zr02-Pr6Oll-Si02) smatra se najboljim žutim keramičkim pigmentom, koji ostaje stabilan do 1000 ℃ i može se koristiti za jednokratne ili procese ponovnog pečenja.
Prazeodimijum se također koristi kao boja za staklo, s bogatim bojama i velikim potencijalnim tržištem. Mogu se proizvoditi proizvodi od prazeodimijum zelenog stakla sa svijetlo zelenom bojom poput poriluka i mladog luka, koji se mogu koristiti za proizvodnju zelenih filtera, a također i za umjetničko i zanatsko staklo. Dodavanjem prazeodimijum oksida i cerijum oksida staklu mogu se koristiti za izradu naočala za zavarivanje. Prazeodimijum sulfid se također može koristiti kao zelena boja za plastiku.
Vrijeme objave: 29. maj 2023.