Prazeodímiuma harmadik leggyakoribb lantanida elem a kémiai elemek periódusos rendszerében, a kéregben 9,5 ppm mennyiségben van jelen, csak kevesebb, mintcérium, ittrium,lantán, ésszkandiumEz az ötödik leggyakoribb elem a ritkaföldfémek között. De ahogy a neve is mutatja,prazeodímiuma ritkaföldfémek családjának egyszerű és dísztelen tagja.
A prazeodímiumot C. F. Auer von Welsbach fedezte fel 1885-ben.
1751-ben Axel Fredrik Cronstedt svéd ásványkutató egy nehéz ásványt talált a Bastn ás bányaterületen, amelyet később ceritnek neveztek el. Harminc évvel később a bányatulajdonos családból származó tizenöt éves Vilhelm Hisinger elküldte mintáit Carl Scheelének, de nem fedezett fel új elemeket. 1803-ban, miután Singer kovácsmester lett, visszatért a bányaterületre J ö ns Jacob Berzeliusszal, és elválasztott egy új oxidot, a Ceres törpebolygót, amelyet két évvel ezelőtt fedeztek fel. A Ceriát Martin Heinrich Klaproth választotta el függetlenül Németországban.
1839 és 1843 között Carl Gustaf Mosander svéd sebész és vegyész felfedezte, hogycérium-oxidoxidok keveréke volt. Két másik oxidot választott szét, amelyeket lantánának és didímiának nevezett el („didimia” görögül: „ikerpár”). Részben lebontotta acérium-nitrátmintát levegőn pörköléssel, majd híg salétromsavval kezelve oxidot nyernek. Az oxidokat alkotó fémeket ezért nevezik ellantánésprazeodímium.
1885-ben C. F. Auer Von Welsbach, egy osztrák kutató, aki feltalálta a tórium-cérium gőzlámpák gézborítását, sikeresen elválasztotta a „praseodímium-neodímiumot”, az „összenőtt ikreket”, amelyekből elkülönítették a zöld praseodímium-sót és a rózsaszín neodímium-sót, és megállapították, hogy ezek két új elem. Az egyiket „praseodímiumnak” nevezik, amely a görög prason szóból származik, jelentése zöld vegyület, mivel a praseodímium-sós vizes oldat élénkzöld színű lesz; a másik elem neve „Neodímium„. Az „együtt született ikrek” sikeres szétválasztása lehetővé tette számukra, hogy egymástól függetlenül is megmutassák tehetségüket.
Ezüstfehér fém, puha és képlékeny. A prazeodímium szobahőmérsékleten hatszögletű kristályszerkezettel rendelkezik. A levegőn való korrózióállósága erősebb, mint a lantáné, a cériumé, a neodímiumé és az európiumé, de levegővel érintkezve törékeny fekete oxid réteg keletkezik, és egy egy centiméteres prazeodímium fémminta körülbelül egy éven belül teljesen korrodálódik.
Mint a legtöbbritkaföldfémekA prazeodímium valószínűleg +3 oxidációs állapotban van, ami az egyetlen stabil állapota vizes oldatokban. A prazeodímium néhány ismert szilárd vegyületben +4 oxidációs állapotban létezik, és mátrixszétválási körülmények között a lantanida elemek között egyedülálló +5 oxidációs állapotot érhet el.
A vizes prazeodímiumion sárgászöld, és a prazeodímium számos ipari felhasználása magában foglalja a sárga fény szűrésére való képességét a fényforrásokban.
Prazeodímium elektronikus elrendezés
Elektronikus kibocsátások:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
A prazeodímium 59 elektronja [Xe]₄⁵⁶s⁶ alakban helyezkedik el. Elméletileg mind az öt külső elektron használható vegyértékelektronként, de mind az öt külső elektron használata szélsőséges feltételeket igényel. Általában a prazeodímium csak három vagy négy elektront bocsát ki a vegyületeiben. A prazeodímium az első lantanida elem, amelynek elektronkonfigurációja megfelel az Aufbau-elvnek. 4f pályája alacsonyabb energiaszinttel rendelkezik, mint az 5d pályája, ami nem alkalmazható a lantánra és a cériumra, mivel a 4f pálya hirtelen összehúzódása csak a lantán után következik be, és nem elegendő ahhoz, hogy elkerülje az 5d héj elfoglalását a cériumban. Mindazonáltal a szilárd prazeodímium [Xe]⁵⁶d⁶s⁶s⁶ konfigurációt mutat, ahol az 5d héjon lévő egy elektron hasonlít az összes többi háromértékű lantanida elemre (kivéve az európiumot és az itterbiumot, amelyek kétértékűek fémes állapotban).
A legtöbb lantanida elemhez hasonlóan a prazeodímium általában csak három elektront használ vegyértékelektronként, és a fennmaradó 4f elektronok erős kötőhatással rendelkeznek: ez azért van, mert a 4f pálya áthalad az elektron inert xenon magján, hogy elérje a magot, majd az 5d és a 6s elektronok következnek, és az iontöltés növekedésével növekszik. A prazeodímium azonban továbbra is elveszítheti a negyedik, sőt esetenként az ötödik vegyértékelektront is, mivel az a lantanida rendszer nagyon korán megjelenik, ahol a magtöltés még elég alacsony, és a 4f alhéj energiája elég magas ahhoz, hogy további vegyértékelektron eltávolítható legyen.
Prazeodímium és az összes lantanida elem (kivévelantán, itterbiuméslutécium, nincsenek párosítatlan 4f elektronok) szobahőmérsékleten paramágnesesek. Más ritkaföldfémekkel ellentétben, amelyek alacsony hőmérsékleten antiferromágneses vagy ferromágneses rendeződést mutatnak, a prazeodímium 1 K feletti hőmérsékleten paramágneses.
Prazeodímium alkalmazása
A prazeodímiumot többnyire vegyes ritkaföldfémek formájában használják, például fémanyagok tisztító és módosító szereként, kémiai katalizátorokban, mezőgazdasági ritkaföldfémekben stb.Prazeodímium neodímiuma leghasonlóbb és legnehezebben elkülöníthető ritkaföldfém-pár, amelyet kémiai módszerekkel nehéz elválasztani. Az ipari termelés általában extrakciós és ioncserélő módszereket alkalmaz. Ha ezeket párban, dúsított prazeodímium-neodímium formájában használják, akkor közös vonásuk teljes mértékben kihasználható, és az ára is olcsóbb, mint az egyelemű termékeké.
Prazeodímium neodímium ötvözet(prazeodímium neodímium fém)önálló termékké vált, amely állandó mágneses anyagként és módosító adalékként is használható színesfém ötvözetekhez. A kőolaj krakkolási katalizátor aktivitása, szelektivitása és stabilitása javítható, ha prazeodímium-neodímium koncentrátumot adunk az Y zeolit molekulaszűrőhöz. Műanyag módosító adalékként a prazeodímium-neodímium dúsítása a politetrafluoretilénhez (PTFE) jelentősen javíthatja a PTFE kopásállóságát.
RitkaföldA permanens mágneses anyagok napjainkban a ritkaföldfém-alkalmazások legnépszerűbb területei. A prazeodímium önmagában nem kiemelkedő permanens mágneses anyag, de kiváló szinergikus elem, amely javíthatja a mágneses tulajdonságokat. Megfelelő mennyiségű prazeodímium hozzáadása hatékonyan javíthatja az permanens mágneses anyagok teljesítményét. Javíthatja a mágnesek antioxidáns teljesítményét (levegőkorrózióállóságát) és mechanikai tulajdonságait is, és széles körben használják különféle elektronikus eszközökben és motorokban.
A prazeodímium anyagok csiszolására és polírozására is használható. Mint mindannyian tudjuk, a tiszta cérium alapú polírozó por általában világos sárga, ami kiváló minőségű polírozó anyag optikai üvegekhez, és felváltotta a vas-oxid vörös port, amelynek alacsony a polírozási hatékonysága és szennyezi a gyártási környezetet. Az emberek felfedezték, hogy a prazeodímium jó polírozó tulajdonságokkal rendelkezik. A prazeodímiumot tartalmazó ritkaföldfém polírozó por vörösesbarna színű, más néven „vörös por”, de ez a vörös szín nem vas-oxid vörös, hanem a prazeodímium-oxid jelenléte miatt a ritkaföldfém polírozó por színe sötétebbé válik. A prazeodímiumot új csiszolóanyagként is használják prazeodímiumot tartalmazó korund csiszolókorongok előállításához. A fehér alumínium-oxidhoz képest a szén szerkezeti acél, rozsdamentes acél és magas hőmérsékletű ötvözetek csiszolásakor a hatékonyság és a tartósság több mint 30%-kal javítható. A költségek csökkentése érdekében a múltban gyakran használtak prazeodímiummal dúsított neodímiummal dúsított anyagokat nyersanyagként, innen ered a prazeodímium-neodímium korund csiszolókorong elnevezés.
Prazeodímiumionokkal adalékolt szilikátkristályokat használtak a fényimpulzusok másodpercenkénti több száz méteres sebességre való lassítására.
A prazeodímium-oxid cirkónium-szilikáthoz adva élénk sárgára színeződik, és kerámia pigmentként – prazeodímium sárgaként – használható. A prazeodímium sárga (Zr02-Pr6Oll-Si02) a legjobb sárga kerámia pigmentnek számít, amely akár 1000 ℃-on is stabil marad, és egyszeri vagy újraégetési folyamatokhoz is használható.
A prazeodímiumot üvegszínezékként is használják, gazdag színekkel és nagy potenciális piaccal. Élénk póréhagymazöld és újhagymazöld színű prazeodímiumos zöld üvegtermékek állíthatók elő, amelyek zöld szűrők gyártásához, valamint kézműves üvegekhez is felhasználhatók. Prazeodímium-oxid és cérium-oxid hozzáadásával az üveg hegesztőszemüvegként használható. A prazeodímium-szulfid zöld műanyagszínezékként is használható.
Közzététel ideje: 2023. május 29.