عنصر خاکی کمیاب جادویی - پراسئودیمیم

پراسئودیمیمسومین عنصر لانتانید فراوان در جدول تناوبی عناصر شیمیایی است، با فراوانی 9.5 ppm در پوسته، فقط کمتر ازسریم, ایتریم,لانتانیم، واسکاندیم. این عنصر پنجمین عنصر فراوان در خاک های کمیاب است. اما درست مثل اسمشپرازئودیمیمعضوی ساده و بدون تزئین از خانواده خاکی کمیاب است.

CF Auer Von Welsbach پرازئودیمیم را در سال 1885 کشف کرد.

در سال 1751، اکسل فردریک کرونستد، کانی شناس سوئدی، ماده معدنی سنگینی را در منطقه معدن باستن یافت که بعداً سریت نام گرفت. سی سال بعد، ویلهلم هیسینگر پانزده ساله از خانواده صاحب معدن، نمونه های خود را برای کارل شیل فرستاد، اما او هیچ عنصر جدیدی کشف نکرد. در سال 1803، پس از اینکه سینگر آهنگر شد، با J ö ns Jacob Berzelius به منطقه معدن بازگشت و یک اکسید جدید به نام سیاره کوتوله سرس را که دو سال پیش کشف کردند، جدا کرد. سریا به طور مستقل توسط مارتین هاینریش کلاپروت در آلمان جدا شد.

بین سالهای 1839 و 1843، جراح و شیمیدان سوئدی کارل گوستاف موساندر کشف کرد کهاکسید سریممخلوطی از اکسیدها بود. او دو اکسید دیگر را جدا کرد که لانتانا و دیدیمیا را دیدیمیا (در یونانی به معنای دوقلوها) نامید. او تا حدی تجزیه کردنیترات سریمنمونه را با برشته کردن آن در هوا، و سپس با اسید نیتریک رقیق تیمار کرد تا اکسید بدست آید. بنابراین فلزاتی که این اکسیدها را تشکیل می دهند نامگذاری می شوندلانتانیموپرازئودیمیم.

در سال 1885، CF Auer Von Welsbach، یک اتریشی که پوشش گاز لامپ بخار توریم سریم را اختراع کرد، با موفقیت "پراسئودیمیم نئودیمیم"، "دوقلوهای به هم چسبیده" را جدا کرد، که نمک پرازئودیمیوم سبز و نمک نئودیمیم رنگی رز از آنها جدا و تعیین شد. دو عنصر جدید یکی از آنها "Praseodymium" نام دارد که از کلمه یونانی prason به معنای ترکیب سبز گرفته شده است زیرا محلول آب نمک پراسئودیمیم رنگ سبز روشنی را ارائه می دهد. عنصر دیگر به نام "نئودیمیم". جدایی موفقیت آمیز "دوقلوهای به هم چسبیده" آنها را قادر ساخت تا استعدادهای خود را به طور مستقل نشان دهند.

فلز پراسئودیمیم

فلز سفید نقره ای، نرم و انعطاف پذیر. پراسئودیمیم در دمای اتاق ساختار کریستالی شش ضلعی دارد. مقاومت به خوردگی در هوا قویتر از لانتانیم، سریم، نئودیمیم و یوروپیوم است، اما وقتی در معرض هوا قرار می‌گیرد، لایه‌ای از اکسید سیاه شکننده تولید می‌شود و یک نمونه فلزی پرازئودیمیوم به اندازه یک سانتی‌متر در عرض حدود یک سال کاملاً خورده می‌شود.

مثل اکثرعناصر خاکی کمیابپرازئودیمیم به احتمال زیاد حالت اکسیداسیون 3+ را تشکیل می دهد که تنها حالت پایدار آن در محلول های آبی است. پراسئودیمیم در حالت اکسیداسیون 4+ در برخی از ترکیبات جامد شناخته شده وجود دارد و در شرایط جداسازی ماتریسی، می تواند در بین عناصر لانتانیدی به حالت اکسیداسیون 5+ منحصر به فرد برسد.

یون آبی پرازئودیمیم چارتر استفاده می شود و بسیاری از کاربردهای صنعتی پرازئودیمیوم شامل توانایی آن در فیلتر کردن نور زرد در منابع نور است.

طرح الکترونیکی Praseodymium

انتشارات الکترونیکی:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3

59 الکترون پرازئودیمیم به صورت [Xe] 4f36s2 مرتب شده اند. از نظر تئوری، هر پنج الکترون خارجی را می توان به عنوان الکترون ظرفیت استفاده کرد، اما استفاده از هر پنج الکترون خارجی نیازمند شرایط شدید است. به طور کلی، پرازئودیمیم تنها سه یا چهار الکترون در ترکیبات خود ساطع می کند. پراسئودیمیم اولین عنصر لانتانید با پیکربندی الکترونیکی است که با اصل Aufbau مطابقت دارد. اوربیتال 4f آن دارای سطوح انرژی پایین تری نسبت به اوربیتال 5d است که برای لانتانیم و سریم قابل استفاده نیست، زیرا انقباض ناگهانی اوربیتال 4f تا بعد از لانتانوم اتفاق نمی افتد و برای جلوگیری از اشغال پوسته 5d در سریم کافی نیست. با این وجود، پرازئودیمیوم جامد یک پیکربندی [Xe] 4f25d16s2 را نشان می‌دهد، که در آن یک الکترون در پوسته 5d شبیه سایر عناصر لانتانید سه ظرفیتی است (به جز یوروپیوم و ایتربیوم که در حالت‌های فلزی دو ظرفیتی هستند).

مانند بیشتر عناصر لانتانیدی، پرازئودیمیم معمولاً فقط از سه الکترون به عنوان الکترون ظرفیت استفاده می‌کند و الکترون‌های 4f باقی‌مانده اثر اتصال قوی دارند: این به این دلیل است که مدار 4f از هسته زنون بی‌اثر الکترون عبور می‌کند تا به هسته برسد و به دنبال آن 5d و 6s قرار می‌گیرند. و با افزایش بار یونی افزایش می یابد. با این حال، پرازئودیمیم همچنان می تواند چهارمین و حتی گاهی اوقات الکترون ظرفیت پنجم را از دست بدهد، زیرا در اوایل سیستم لانتانید ظاهر می شود، جایی که بار هسته ای هنوز به اندازه کافی کم است و انرژی زیر پوسته 4f به اندازه کافی زیاد است که امکان حذف را فراهم می کند. الکترون ظرفیت بیشتر

پراسئودیمیم و تمام عناصر لانتانید (به جزلانتانیم, ایتربیومولوتتیومهیچ الکترون جفت نشده 4f وجود ندارد) در دمای اتاق پارامغناطیس هستند. برخلاف سایر فلزات خاکی کمیاب که در دماهای پایین دارای نظم ضد فرومغناطیسی یا فرومغناطیسی هستند، پرازئودیمیم در تمام دماهای بالاتر از 1K پارامغناطیس است.

کاربرد پراسئودیمیوم

پراسئودیمیم بیشتر به شکل خاک‌های کمیاب مخلوط، از جمله به عنوان یک عامل تصفیه و اصلاح کننده مواد فلزی، کاتالیزورهای شیمیایی، خاک‌های کمیاب کشاورزی و غیره استفاده می‌شود.پراسئودیمیم نئودیمیمشبیه ترین و سخت ترین جفت عناصر خاکی کمیاب است که جداسازی آن با روش های شیمیایی دشوار است. در تولیدات صنعتی معمولا از روش های استخراج و تبادل یونی استفاده می شود. اگر آنها به صورت جفت به شکل نئودیمیم پرازئودیمیوم غنی شده استفاده شوند، می توان از اشتراک آنها به طور کامل استفاده کرد و همچنین قیمت ارزان تر از محصولات تک عنصری است.

آلیاژ نئودیمیم پراسئودیمیم(پرازئودیمیم فلز نئودیمیم)به یک محصول مستقل تبدیل شده است که می تواند هم به عنوان یک ماده آهنربای دائمی و هم به عنوان یک افزودنی اصلاح کننده برای آلیاژهای فلزات غیرآهنی استفاده شود. فعالیت، گزینش پذیری و پایداری کاتالیزور ترک خوردگی نفت را می توان با افزودن کنسانتره نئودیمیم پراسئودیمیم به غربال مولکولی زئولیت Y بهبود بخشید. به عنوان یک افزودنی اصلاح پلاستیک، افزودن غنی‌سازی نئودیمیم پرازئودیمیم به پلی‌تترا فلوئورواتیلن (PTFE) می‌تواند مقاومت سایش PTFE را به طور قابل‌توجهی بهبود بخشد.

زمین کمیابامروزه مواد مغناطیس دائم محبوب ترین زمینه کاربردهای خاکی کمیاب هستند. پراسئودیمیم به تنهایی به عنوان یک ماده آهنربای دائمی برجسته نیست، اما یک عنصر هم افزایی عالی است که می تواند خواص مغناطیسی را بهبود بخشد. افزودن مقدار مناسب پرازئودیمیم می تواند به طور موثری عملکرد مواد آهنربای دائمی را بهبود بخشد. همچنین می تواند عملکرد آنتی اکسیدانی (مقاومت در برابر خوردگی هوا) و خواص مکانیکی آهن رباها را بهبود بخشد و به طور گسترده در دستگاه ها و موتورهای الکترونیکی مختلف استفاده شده است.

از پراسئودیمیوم می توان برای سنگ زنی و پرداخت مواد نیز استفاده کرد. همانطور که همه می دانیم پودر پولیش خالص بر پایه سریم معمولاً زرد روشن است که یک ماده پولیش با کیفیت برای شیشه های نوری است و جایگزین پودر قرمز اکسید آهن شده است که راندمان پولیش پایینی دارد و محیط تولید را آلوده می کند. مردم دریافته اند که پرازئودیمیم خاصیت جلا دهنده خوبی دارد. پودر پولیش خاکی کمیاب حاوی پراسئودیمیم قهوه ای مایل به قرمز به نظر می رسد که به آن "پودر قرمز" نیز می گویند، اما این رنگ قرمز، قرمز اکسید آهن نیست، اما به دلیل وجود اکسید پراسئودیمیم، رنگ پودر پولیش خاکی کمیاب تیره تر می شود. پراسئودیمیم همچنین به عنوان یک ماده آسیاب جدید برای ساخت چرخ های سنگ زنی کوراندوم حاوی پرازئودیمیم استفاده شده است. در مقایسه با آلومینا سفید، راندمان و دوام را می توان بیش از 30 درصد در هنگام آسیاب کردن فولاد ساختاری کربنی، فولاد ضد زنگ و آلیاژهای با دمای بالا بهبود بخشید. به منظور کاهش هزینه ها، مواد غنی شده با نئودیمیم پرازئودیمیم اغلب به عنوان مواد خام در گذشته استفاده می شد، از این رو چرخ سنگ زنی پراسئودیمیم نئودیمیم کوراندوم نامیده می شد.

کریستال های سیلیکات آغشته به یون های پرازئودیمیم برای کاهش سرعت پالس های نور تا چند صد متر در ثانیه استفاده شده اند.

افزودن اکسید پراسئودیمیم به سیلیکات زیرکونیوم به زرد روشن تبدیل می شود و می تواند به عنوان رنگدانه سرامیکی - زرد پراسئودیمیم استفاده شود. زرد پراسئودیمیوم (Zr02-Pr6Oll-Si02) بهترین رنگدانه سرامیکی زرد در نظر گرفته می شود که تا دمای 1000 درجه سانتیگراد پایدار می ماند و می تواند برای فرآیندهای یکبار مصرف یا سوزاندن مجدد استفاده شود.

پراسئودیمیم همچنین به عنوان یک رنگ کننده شیشه، با رنگ های غنی و بازار بالقوه بسیار استفاده می شود. محصولات شیشه سبز پراسئودیمیوم با رنگ سبز تره ای روشن و سبز پیازچه قابل تولید است که می توان از آن برای تولید فیلترهای سبز و همچنین شیشه های هنری و صنایع دستی استفاده کرد. افزودن اکسید پراسئودیمیم و اکسید سریم به شیشه می تواند به عنوان عینک برای جوشکاری استفاده شود. سولفید پراسئودیمیم همچنین می تواند به عنوان رنگ سبز پلاستیک استفاده شود.