Πρασεοδύμιοείναι το τρίτο πιο άφθονο στοιχείο λανθανίδης στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων, με αφθονία 9,5 ppm στον φλοιό, μόνο χαμηλότερη απόδημήτριο, ύττριο,λανθάνιο, καισκάνδιοΕίναι το πέμπτο πιο άφθονο στοιχείο στις σπάνιες γαίες. Αλλά όπως ακριβώς και το όνομά του,πρασεοδύμιοείναι ένα απλό και λιτό μέλος της οικογένειας των σπάνιων γαιών.
Ο CF Auer von Welsbach ανακάλυψε το πρασεοδύμιο το 1885.
Το 1751, ο Σουηδός ορυκτολόγος Άξελ Φρέντρικ Κρόνστεντ βρήκε ένα βαρύ ορυκτό στην περιοχή εξόρυξης του Μπαστν ας, το οποίο αργότερα ονομάστηκε κερίτης. Τριάντα χρόνια αργότερα, ο δεκαπεντάχρονος Βίλχελμ Χίσινγκερ από την οικογένεια που κατείχε το ορυχείο έστειλε τα δείγματά του στον Καρλ Σίλε, αλλά δεν ανακάλυψε κανένα νέο στοιχείο. Το 1803, αφού ο Σίνγκερ έγινε σιδηρουργός, επέστρεψε στην περιοχή εξόρυξης με τον Γιόνς Γιάκομπ Μπερζέλιους και διαχώρισαν ένα νέο οξείδιο, τον νάνο πλανήτη Δήμητρα, τον οποίο ανακάλυψαν πριν από δύο χρόνια. Η Δημητρία διαχωρίστηκε ανεξάρτητα από τον Μάρτιν Χάινριχ Κλάπροθ στη Γερμανία.
Μεταξύ 1839 και 1843, ο Σουηδός χειρουργός και χημικός Καρλ Γκούσταφ Μόζαντερ ανακάλυψε ότιοξείδιο του δημητρίουήταν ένα μείγμα οξειδίων. Διαχώρισε δύο άλλα οξείδια, τα οποία ονόμασε λανθάνα και διδυμία. Αποσύνθεσε εν μέρει τονιτρικό δημήτριοδείγμα ψημένο στον αέρα και στη συνέχεια επεξεργασμένο με αραιό νιτρικό οξύ για να ληφθεί το οξείδιο. Τα μέταλλα που σχηματίζουν αυτά τα οξείδια ονομάζονται επομένωςλανθάνιοκαιπρασεοδύμιο.
Το 1885, ο CF Auer Von Welsbach, ένας Αυστριακός που εφηύρε το κάλυμμα γάζας για λάμπα ατμών θορίου-δημητρίου, διαχώρισε με επιτυχία το «πρασειοδύμιο νεοδύμιο», τα «συνδεδεμένα δίδυμα», από τα οποία διαχωρίστηκαν το πράσινο άλας πρασειοδυμίου και το ροζ άλας νεοδυμίου και προσδιορίστηκαν ως δύο νέα στοιχεία. Το ένα ονομάζεται «Πρασεοδύμιο», το οποίο προέρχεται από την ελληνική λέξη πρασόν, που σημαίνει πράσινη ένωση επειδή ένα διάλυμα πρασειοδυμίου με αλάτι στο νερό θα παρουσιάσει ένα φωτεινό πράσινο χρώμα. Το άλλο στοιχείο ονομάζεται «Νεοδύμιο«. Ο επιτυχής διαχωρισμός των «σιαμαίων διδύμων» τους επέτρεψε να επιδείξουν τα ταλέντα τους ανεξάρτητα.»
Ασημόλευκο μέταλλο, μαλακό και όλκιμο. Το πρασεοδύμιο έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου. Η αντοχή στη διάβρωση στον αέρα είναι ισχυρότερη από αυτή του λανθανίου, του δημητρίου, του νεοδυμίου και του ευρώπιου, αλλά όταν εκτίθεται στον αέρα, παράγεται ένα στρώμα εύθραυστου μαύρου οξειδίου και ένα δείγμα μετάλλου πρασεοδυμίου μεγέθους ενός εκατοστού διαβρώνεται πλήρως μέσα σε περίπου ένα χρόνο.
Όπως οι περισσότεροιστοιχεία σπάνιων γαιών, το πρασεοδύμιο είναι πιο πιθανό να σχηματίσει κατάσταση οξείδωσης +3, η οποία είναι η μόνη σταθερή του κατάσταση σε υδατικά διαλύματα. Το πρασεοδύμιο υπάρχει σε κατάσταση οξείδωσης +4 σε ορισμένες γνωστές στερεές ενώσεις και, υπό συνθήκες διαχωρισμού μήτρας, μπορεί να φτάσει σε μια μοναδική κατάσταση οξείδωσης +5 μεταξύ των λανθανιδικών στοιχείων.
Το υδατικό ιόν πρασεοδυμίου είναι η κιτρινόχορτη και πολλές βιομηχανικές χρήσεις του πρασεοδυμίου περιλαμβάνουν την ικανότητά του να φιλτράρει το κίτρινο φως σε πηγές φωτός.
Ηλεκτρονική διάταξη πρασεοδυμίου
Ηλεκτρονικές εκπομπές:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Τα 59 ηλεκτρόνια του πρασεοδυμίου είναι διατεταγμένα ως [Xe] 4f36s2. Θεωρητικά, και τα πέντε εξωτερικά ηλεκτρόνια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ηλεκτρόνια σθένους, αλλά η χρήση και των πέντε εξωτερικών ηλεκτρονίων απαιτεί ακραίες συνθήκες. Γενικά, το πρασεοδύμιο εκπέμπει μόνο τρία ή τέσσερα ηλεκτρόνια στις ενώσεις του. Το πρασεοδύμιο είναι το πρώτο λανθανιδικό στοιχείο με ηλεκτρονική διαμόρφωση που συμμορφώνεται με την αρχή Aufbau. Το τροχιακό 4f του έχει χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας από το τροχιακό 5d, κάτι που δεν ισχύει για το λανθάνιο και το δημήτριο, καθώς η ξαφνική συστολή του τροχιακού 4f δεν συμβαίνει παρά μόνο μετά το λανθάνιο και δεν επαρκεί για να αποφευχθεί η κατάληψη της 5d στιβάδας στο δημήτριο. Παρ 'όλα αυτά, το στερεό πρασεοδύμιο εμφανίζει διαμόρφωση [Xe] 4f25d16s2, όπου ένα ηλεκτρόνιο στην 5d στιβάδα μοιάζει με όλα τα άλλα τρισθενή λανθανιδικά στοιχεία (εκτός από το ευρώπιο και το υττέρβιο, τα οποία είναι δισθενή σε μεταλλικές καταστάσεις).
Όπως τα περισσότερα στοιχεία λανθανιδίων, το πρασεοδύμιο συνήθως χρησιμοποιεί μόνο τρία ηλεκτρόνια ως ηλεκτρόνιο σθένους, και τα υπόλοιπα 4f ηλεκτρόνια έχουν ισχυρή συνδετική δράση: αυτό συμβαίνει επειδή η τροχιά 4f διέρχεται από τον αδρανή πυρήνα ξένου του ηλεκτρονίου για να φτάσει στον πυρήνα, ακολουθούμενη από 5d και 6s, και αυξάνεται με την αύξηση του ιοντικού φορτίου. Ωστόσο, το πρασεοδύμιο μπορεί να συνεχίσει να χάνει το τέταρτο και ακόμη και περιστασιακά το πέμπτο ηλεκτρόνιο σθένους, επειδή εμφανίζεται πολύ νωρίς στο σύστημα λανθανιδίων, όπου το πυρηνικό φορτίο είναι ακόμα αρκετά χαμηλό και η ενέργεια της υποστοιβάδας 4f είναι αρκετά υψηλή για να επιτρέψει την αφαίρεση περισσότερων ηλεκτρονίων σθένους.
Πρασεοδύμιο και όλα τα λανθανιδικά στοιχεία (εκτός απόλανθάνιο, υττερβίοκαιλουτέτιο, δεν υπάρχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια 4f) είναι παραμαγνητισμός σε θερμοκρασία δωματίου. Σε αντίθεση με άλλα μέταλλα σπάνιων γαιών που εμφανίζουν αντισιδηρομαγνητική ή σιδηρομαγνητική διάταξη σε χαμηλές θερμοκρασίες, το πρασεοδύμιο είναι παραμαγνητισμός σε όλες τις θερμοκρασίες άνω του 1K.
Εφαρμογή του πρασεοδυμίου
Το πρασεοδύμιο χρησιμοποιείται κυρίως με τη μορφή μικτών σπάνιων γαιών, όπως ως μέσο καθαρισμού και τροποποίησης μεταλλικών υλικών, χημικών καταλυτών, γεωργικών σπάνιων γαιών και ούτω καθεξής.Νεοδύμιο πρασεοδυμίουείναι το πιο παρόμοιο και δύσκολο να διαχωριστεί ζεύγος σπάνιων γαιών, το οποίο είναι δύσκολο να διαχωριστεί με χημικές μεθόδους. Η βιομηχανική παραγωγή συνήθως χρησιμοποιεί μεθόδους εκχύλισης και ανταλλαγής ιόντων. Εάν χρησιμοποιηθούν σε ζεύγη με τη μορφή εμπλουτισμένου πρασεοδυμίου νεοδυμίου, τα κοινά τους χαρακτηριστικά μπορούν να αξιοποιηθούν πλήρως και η τιμή τους είναι επίσης φθηνότερη από τα προϊόντα ενός στοιχείου.
Κράμα νεοδυμίου πρασεοδυμίου(πρασεοδύμιο νεοδύμιο μέταλλο)έχει γίνει ένα ανεξάρτητο προϊόν, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως υλικό μόνιμου μαγνήτη όσο και ως πρόσθετο τροποποίησης για κράματα μη σιδηρούχων μετάλλων. Η δραστικότητα, η επιλεκτικότητα και η σταθερότητα του καταλύτη πυρόλυσης πετρελαίου μπορούν να βελτιωθούν με την προσθήκη συμπυκνώματος πρασεοδυμίου νεοδυμίου σε μοριακό κόσκινο ζεόλιθου Υ. Ως πρόσθετο τροποποίησης πλαστικού, η προσθήκη εμπλουτισμού πρασεοδυμίου νεοδυμίου σε πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή στη φθορά του PTFE.
Σπάνιες γαίεςΤα υλικά μόνιμου μαγνήτη αποτελούν σήμερα τον πιο δημοφιλή τομέα εφαρμογών σπάνιων γαιών. Το πρασεοδύμιο από μόνο του δεν είναι εξαιρετικό ως υλικό μόνιμου μαγνήτη, αλλά είναι ένα εξαιρετικό συνεργιστικό στοιχείο που μπορεί να βελτιώσει τις μαγνητικές ιδιότητες. Η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας πρασεοδυμίου μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση των υλικών μόνιμου μαγνήτη. Μπορεί επίσης να βελτιώσει την αντιοξειδωτική απόδοση (αντοχή στη διάβρωση του αέρα) και τις μηχανικές ιδιότητες των μαγνητών και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές και κινητήρες.
Το πρασεοδύμιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για λείανση και στίλβωση υλικών. Όπως όλοι γνωρίζουμε, η καθαρή σκόνη στίλβωσης με βάση το δημήτριο είναι συνήθως ανοιχτό κίτρινο, το οποίο είναι ένα υψηλής ποιότητας υλικό στίλβωσης για οπτικό γυαλί και έχει αντικαταστήσει την κόκκινη σκόνη οξειδίου του σιδήρου που έχει χαμηλή απόδοση στίλβωσης και μολύνει το περιβάλλον παραγωγής. Έχει διαπιστωθεί ότι το πρασεοδύμιο έχει καλές ιδιότητες στίλβωσης. Η σκόνη στίλβωσης σπάνιων γαιών που περιέχει πρασεοδύμιο θα εμφανιστεί κοκκινωπό-καφέ, επίσης γνωστή ως "κόκκινη σκόνη", αλλά αυτό το κόκκινο χρώμα δεν είναι κόκκινο οξειδίου του σιδήρου, αλλά λόγω της παρουσίας οξειδίου του πρασεοδυμίου, το χρώμα της σκόνης στίλβωσης σπάνιων γαιών γίνεται πιο σκούρο. Το πρασεοδύμιο έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ως νέο υλικό λείανσης για την κατασκευή τροχών λείανσης κορουνδίου που περιέχουν πρασεοδύμιο. Σε σύγκριση με τη λευκή αλουμίνα, η απόδοση και η ανθεκτικότητα μπορούν να βελτιωθούν κατά περισσότερο από 30% κατά την άλεση δομικού χάλυβα άνθρακα, ανοξείδωτου χάλυβα και κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας. Προκειμένου να μειωθεί το κόστος, τα υλικά εμπλουτισμένα με πρασεοδύμιο νεοδυμίου χρησιμοποιούνταν συχνά ως πρώτες ύλες στο παρελθόν, εξ ου και η ονομασία τροχός λείανσης πρασεοδυμίου νεοδυμίου κορουνδίου.
Κρύσταλλοι πυριτικού άλατος εμπλουτισμένοι με ιόντα πρασεοδυμίου έχουν χρησιμοποιηθεί για την επιβράδυνση των παλμών φωτός σε αρκετές εκατοντάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Η προσθήκη οξειδίου του πρασεοδυμίου στο πυριτικό ζιρκόνιο θα μετατρέψει το οξείδιο του πρασεοδυμίου σε έντονο κίτρινο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κεραμική χρωστική ουσία - κίτρινο πρασεοδυμίου. Το κίτρινο του πρασεοδυμίου (Zr02-Pr6Oll-Si02) θεωρείται η καλύτερη κίτρινη κεραμική χρωστική ουσία, η οποία παραμένει σταθερή έως και τους 1000 ℃ και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφάπαξ ή επανακαύσεις.
Το πρασεοδύμιο χρησιμοποιείται επίσης ως χρωστική γυαλιού, με πλούσια χρώματα και μεγάλο δυναμικό αγοράς. Μπορούν να παραχθούν προϊόντα γυαλιού πράσινου πρασεοδυμίου με έντονα χρώματα πράσου και κρεμμυδιού, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πράσινων φίλτρων, αλλά και για γυαλί τέχνης και χειροτεχνίας. Η προσθήκη οξειδίου του πρασεοδυμίου και οξειδίου του δημητρίου στο γυαλί μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προστατευτικά γυαλιά για συγκόλληση. Το θειούχο πρασεοδύμιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πράσινη χρωστική πλαστικού.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Μαΐου 2023