Празеодиме третият най-разпространен лантаниден елемент в периодичната таблица на химичните елементи, с изобилие от 9,5 ppm в земната кора, само по-ниско отцерий, итрий,лантанискандийТой е петият най-разпространен елемент сред редкоземните елементи. Но точно както името му,празеодиме прост и неукрасен член на семейството на редкоземните елементи.
К. Ф. Ауер фон Велсбах открива празеодима през 1885 г.
През 1751 г. шведският минералог Аксел Фредрик Кронщет открива тежък минерал в минния район Бастнес, който по-късно е наречен церит. Тридесет години по-късно петнадесетгодишният Вилхелм Хисингер от семейството, което е притежавало мината, изпраща пробите си на Карл Шееле, но той не открива никакви нови елементи. През 1803 г., след като Сингер става ковач, той се завръща в минния район с Йонс Якоб Берцелиус и отделя нов оксид, планетата джудже Церера, която откриват преди две години. Церий е отделен независимо от Мартин Хайнрих Клапрот в Германия.
Между 1839 и 1843 г. шведският хирург и химик Карл Густав Мосандер открива, чецериев оксидпредставляваше смес от оксиди. Той отдели два други оксида, които нарече лантана и дидимия „дидимия“ (което на гръцки означава „близнаци“). Той частично разложицериев нитратпроба чрез изпичане на въздух и след това третиране с разредена азотна киселина, за да се получи оксидът. Металите, които образуват тези оксиди, следователно се наричатлантанипразеодим.
През 1885 г. К. Ф. Ауер фон Велсбах, австриец, който изобретява марлевия капак за лампа с ториев-цериеви пари, успешно разделя „празеодима неодим“, „сиамските близнаци“, от които са отделени зелена празеодимова сол и розова неодимова сол, определени като два нови елемента. Единият е наречен „празеодим“, което произлиза от гръцката дума prason, означаваща зелено съединение, защото разтвор на празеодимова солена вода ще има яркозелен цвят; другият елемент е наречен „Неодим„. Успешното разделяне на „сиамските близнаци“ им позволи да покажат талантите си независимо.“
Сребристобял метал, мек и пластичен. Празеодимът има хексагонална кристална структура при стайна температура. Корозионната устойчивост на въздух е по-силна от тази на лантана, церия, неодима и европия, но когато е изложен на въздух, се образува слой от крехък черен оксид и проба от метален празеодим с размер един сантиметър корозира напълно в рамките на около година.
Като повечеторедкоземни елементи, празеодимът най-вероятно образува окислително състояние a+3, което е единственото му стабилно състояние във водни разтвори. Празеодимът съществува в окислително състояние a+4 в някои известни твърди съединения и при условия на матрично разделяне може да достигне уникално окислително състояние +5 сред лантанидните елементи.
Водният празеодимов йон е шартрез и много индустриални приложения на празеодима включват способността му да филтрира жълта светлина в източници на светлина.
Празеодимова електронна схема
Електронни емисии:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
59-те електрона на празеодима са подредени като [Xe] 4f36s2. Теоретично, всичките пет външни електрона могат да бъдат използвани като валентни електрони, но използването на всичките пет външни електрона изисква екстремни условия. Обикновено празеодимът излъчва само три или четири електрона в своите съединения. Празеодимът е първият лантаниден елемент с електронна конфигурация, която отговаря на принципа на Ауфбау. Неговата 4f орбитала има по-ниски енергийни нива от 5d орбиталата, което не е приложимо за лантан и церий, тъй като внезапното свиване на 4f орбиталата не се случва до след лантан и не е достатъчно, за да се избегне заемането на 5d обвивката в церий. Въпреки това, твърдият празеодим показва конфигурация [Xe] 4f25d16s2, където един електрон в 5d обвивката наподобява всички други тривалентни лантанидни елементи (с изключение на европий и итербий, които са двувалентни в метални състояния).
Подобно на повечето лантанидни елементи, празеодимът обикновено използва само три електрона като валентни електрони, а останалите 4f електрони имат силен свързващ ефект: това е така, защото 4f орбитата преминава през инертното ксеноново ядро на електрона, за да достигне ядрото, последвано от 5d и 6s, и се увеличава с увеличаването на йонния заряд. Въпреки това, празеодимът може да продължи да губи четвъртия и дори понякога петия валентен електрон, тъй като се появява много рано в лантанидната система, където ядреният заряд е все още достатъчно нисък, а енергията на 4f подобвивката е достатъчно висока, за да позволи отстраняването на повече валентни електрони.
Празеодим и всички лантанидни елементи (с изключение налантан, итербийилутеций, няма несдвоени 4f електрони) са парамагнетизъм при стайна температура. За разлика от други редкоземни метали, които проявяват антиферомагнитно или феромагнитно подреждане при ниски температури, празеодимът е парамагнетизъм при всички температури над 1K.
Приложение на празеодим
Празеодимът се използва най-вече под формата на смесени редкоземни елементи, например като пречистващ и модифициращ агент за метални материали, химически катализатори, селскостопански редкоземни елементи и т.н.Празеодимов неодиме най-сходната и трудна за разделяне двойка редкоземни елементи, която е трудно да се раздели чрез химични методи. Промишленото производство обикновено използва методи за екстракция и йонообмен. Ако се използват по двойки под формата на обогатен празеодим-неодим, тяхната обща характеристика може да се използва напълно, а цената е по-ниска от тази на продуктите с единичен елемент.
Празеодимова неодимова сплав(празеодим неодим метал)се е превърнал в самостоятелен продукт, който може да се използва както като материал за постоянен магнит, така и като модифицираща добавка за сплави от цветни метали. Активността, селективността и стабилността на катализатора за крекинг на нефт могат да бъдат подобрени чрез добавяне на празеодимов неодимов концентрат към молекулно сито от зеолит Y. Като добавка за модифициране на пластмаси, добавянето на обогатяване с празеодимов неодим към политетрафлуоретилен (PTFE) може значително да подобри износоустойчивостта на PTFE.
РядкоземниПостоянните магнитни материали са най-популярната област на приложение на редкоземните елементи днес. Празеодимът сам по себе си не е изключителен материал за постоянен магнит, но е отличен синергичен елемент, който може да подобри магнитните свойства. Добавянето на подходящо количество празеодим може ефективно да подобри производителността на постоянните магнитни материали. Той може също така да подобри антиоксидантните свойства (устойчивост на въздушна корозия) и механичните свойства на магнитите и се използва широко в различни електронни устройства и двигатели.
Празеодимът може да се използва и за шлайфане и полиране на материали. Както всички знаем, чистият полиращ прах на базата на церий обикновено е светложълт и е висококачествен полиращ материал за оптично стъкло. Той е заместил червения прах от железен оксид, който има ниска ефективност на полиране и замърсява производствената среда. Хората са открили, че празеодимът има добри полиращи свойства. Полиращият прах от редкоземни елементи, съдържащ празеодим, ще изглежда червеникавокафяв, известен още като „червен прах“, но този червен цвят не е червен от железен оксид, а поради наличието на празеодимов оксид, цветът на полиращия прах от редкоземни елементи става по-тъмен. Празеодимът се използва и като нов шлифовъчен материал за направата на корундови шлифовъчни дискове, съдържащи празеодим. В сравнение с белия алуминиев оксид, ефективността и издръжливостта могат да бъдат подобрени с повече от 30% при шлифоване на въглеродна конструкционна стомана, неръждаема стомана и високотемпературни сплави. За да се намалят разходите, в миналото като суровини често са използвани материали, обогатени с празеодим и неодим, откъдето идва и наименованието шлифовъчен диск от празеодим и неодим корунд.
Силикатни кристали, легирани с празеодимови йони, са използвани за забавяне на светлинни импулси до няколкостотин метра в секунда.
Добавянето на празеодимов оксид към циркониевия силикат ще стане ярко жълт и може да се използва като керамичен пигмент – празеодимово жълто. Празеодимовото жълто (Zr02-Pr6Oll-Si02) се счита за най-добрия жълт керамичен пигмент, който остава стабилен до 1000 ℃ и може да се използва за еднократни процеси или за повторно изгаряне.
Празеодимът се използва и като оцветител за стъкло, с наситени цветове и голям потенциален пазар. Могат да се произвеждат празеодимово зелени стъклени продукти с ярки цветове на праз и лук, които могат да се използват за производство на зелени филтри, както и за стъкло за изкуства и занаяти. Добавянето на празеодимов оксид и цериев оксид към стъклото може да се използва за очила за заваряване. Празеодимов сулфид може да се използва и като зелен оцветител за пластмаси.
Време на публикуване: 29 май 2023 г.