Празеодиме третият най-разпространен лантаниден елемент в периодичната таблица на химичните елементи, с изобилие от 9,5 ppm в кората, само по-ниско отцерий, итрий,лантан, искандий. Това е петият най-разпространен елемент в редкоземните елементи. Но точно като името му,празеодиме прост и неукрасен член на семейството на редките земни елементи.
CF Auer Von Welsbach открива празеодима през 1885 г.
През 1751 г. шведският минералог Аксел Фредрик Кронстед открива тежък минерал в минната зона Bastn äs, който по-късно е наречен церит. Тридесет години по-късно петнадесетгодишният Вилхелм Хисингер от семейството, което притежаваше мината, изпраща своите проби на Карл Шееле, но той не открива нови елементи. През 1803 г., след като Сингър става ковач, той се завръща в минната зона с Jöns Якоб Берцелиус и отделя нов оксид, планетата джудже Церера, която те откриват преди две години. Церия беше отделена независимо от Мартин Хайнрих Клапрот в Германия.
Между 1839 и 1843 г. шведският хирург и химик Карл Густав Мозандер открива, чецериев оксидбеше смес от оксиди. Той отделя два други оксида, които нарича лантана и дидимия „дидимия“ (което означава „близнаци“ на гръцки). Той частично разложицериев нитратпроба, като я изпечете на въздух и след това я обработите с разредена азотна киселина, за да получите оксида. Следователно металите, които образуват тези оксиди, са наименуванилантанипразеодим.
През 1885 г. К. Ф. Ауер фон Велсбах, австриец, който изобретява марлевия капак на ториево-цериевата лампа, успешно разделя „празеодимовия неодим“, „сиамските близнаци“, от които зелената празеодимова сол и розовата неодимова сол са разделени и определени като два нови елемента. Едното е наречено „празеодим“, което идва от гръцката дума prason, което означава зелено съединение, тъй като разтвор на солена вода на празеодим ще има ярко зелен цвят; Другият елемент се нарича „Неодимови“. Успешното разделяне на „сиамските близнаци“ им позволи да проявят талантите си независимо.
Сребристо бял метал, мек и пластичен. Празеодимът има шестоъгълна кристална структура при стайна температура. Устойчивостта на корозия във въздуха е по-силна от тази на лантан, церий, неодим и европий, но когато е изложен на въздух, се произвежда слой от крехък черен оксид и метална проба празеодим с размер от един сантиметър напълно корозира за около година.
Като повечеторедкоземни елементи, най-вероятно е празеодимът да образува състояние на окисление +3, което е единственото му стабилно състояние във водни разтвори. Празеодимът съществува в състояние на окисление +4 в някои известни твърди съединения и при условия на разделяне на матрицата той може да достигне уникално състояние на окисление +5 сред лантаноидните елементи.
Водният празеодимов йон е шартрьоз и много индустриални употреби на празеодима включват способността му да филтрира жълта светлина в светлинни източници.
Празеодимово електронно оформление
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 се използват като валентен електрон, 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 Aufbau. Неговата 4f орбитала има по-ниски енергийни нива от 5d орбитала, което не е приложимо за лантан и церий, тъй като внезапното свиване на 4f орбитала не се случва преди лантана и не е достатъчно, за да се избегне заемането на 5d обвивката в церия. Независимо от това, твърдият празеодим проявява [Xe] 4f25d16s2 конфигурация, където един електрон в 5d обвивката прилича на всички други тривалентни лантаноидни елементи (с изключение на европий и итербий, които са двувалентни в метални състояния).
Подобно на повечето лантаноидни елементи, празеодимът обикновено използва само три електрона като валентен електрон, 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 все още 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 подчерупката е достатъчно висока, за да позволи отстраняването на повече валентен електрон.
Празеодим и всички лантаноидни елементи (с изключение налантан, итербийилутеций, няма несдвоени 4f електрони) са парамагнетизъм при стайна температура. За разлика от други редкоземни метали, които показват 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, като 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 трудна за разделяне чрез химични методи. Промишленото производство обикновено използва методи за екстракция и йонообмен. Ако се използват по двойки под формата на обогатен празеодимов неодим, тяхната общност може да се използва напълно и цената също е по-евтина от продуктите с един елемент.
Празеодимова неодимова сплав(празеодим неодимов метал)се превърна в независим продукт, който може да се използва както като материал с постоянен магнит, така и като модифицираща добавка за сплави от цветни метали. Активността, селективността и стабилността на петролен крекинг катализатор могат да бъдат подобрени чрез добавяне на празеодимов неодимов концентрат в Y зеолитно молекулярно сито. Като добавка за модификация на пластмаса, добавянето на обогатяване с празеодим и неодим към политетрафлуоретилен (PTFE) може значително да подобри устойчивостта на износване на PTFE.
Редкоземниматериалите с постоянен магнит са най-популярната област на редкоземни приложения днес. Празеодимът сам по себе си не е изключителен като постоянен магнитен материал, но е отличен синергичен елемент, който може да подобри магнитните свойства. Добавянето на подходящо количество празеодим може ефективно да подобри работата на материалите с постоянен магнит. Той може също така да подобри антиоксидантните характеристики (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, полиращият прах на базата на чист церий обикновено е светложълт, което е висококачествен полиращ материал за оптично стъкло и е заменил червения прах от железен оксид, който има ниска ефективност на полиране и замърсява производствената среда. Хората са открили, че празеодимът има добри полиращи свойства. Редкоземният полиращ прах, съдържащ празеодим, ще изглежда червеникавокафяв, известен също като „червен прах“, но този червен цвят не е червен железен оксид, но поради наличието на празеодимов оксид, цветът на редкоземния полиращ прах става по-тъмен. Празеодимът също се използва като нов материал за смилане за направата на корундови шлифовъчни колела, съдържащи празеодим. В сравнение с бял алуминиев оксид, ефективността и издръжливостта могат да бъдат подобрени с повече от 30% при смилане на въглеродна структурна стомана, неръждаема стомана и високотемпературни сплави. За да се намалят разходите, материалите, обогатени с празеодим и неодим, често са били използвани като суровини в миналото, оттук и името шлифовъчно колело с празеодим, неодим и корунд.
Силикатни кристали, легирани с празеодимови йони, са използвани за забавяне на светлинните 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 – празеодимов жълт. Praseodymium yellow (Zr02-Pr6Oll-Si02) се счита за най-добрия жълт керамичен пигмент, който остава стабилен при до 1000 ℃ и може да се използва за еднократни процеси или процеси на повторно изгаряне.
Празеодимът се използва и като оцветител за стъкло, с богати цветове и голям пазарен потенциал. Могат да се произвеждат празеодимови зелени стъклени продукти с ярки цветове праз зелено и зелено зелено, които могат да се използват за производство на зелени филтри, а също и за стъкло за изкуства и занаяти. Добавянето на празеодимов оксид и цериев оксид към стъклото може да се използва като очила за заваряване. Празеодимиевият сулфид може да се използва и като оцветител за зелена пластмаса.
Време на публикуване: 29 май 2023 г