Prazeodīmsir trešais izplatītākais lantanīdu elements ķīmisko elementu periodiskajā tabulā, kura daudzums Zemes garozā ir 9,5 ppm, kas ir mazāk nekācērijs, itrijs,lantāns, unskandijsTas ir piektais visizplatītākais elements retzemju elementu vidū. Bet, tāpat kā viņa vārds,prazeodīmsir vienkāršs un neizrotāts retzemju saimes loceklis.
K. F. Auers fon Velsbahs atklāja prazeodīmu 1885. gadā.
1751. gadā zviedru mineralogs Aksels Fredriks Kronsteds Bastnes ieguves apgabalā atrada smagu minerālu, ko vēlāk nosauca par cerītu. Trīsdesmit gadus vēlāk piecpadsmit gadus vecais Vilhelms Hizingers no ģimenes, kurai piederēja raktuves, nosūtīja savus paraugus Karlam Šīlem, taču viņš neatklāja nekādus jaunus elementus. 1803. gadā, kad Zingers kļuva par kalēju, viņš atgriezās ieguves apgabalā kopā ar Jonesu Jakobu Berzeliusu un atdalīja jaunu oksīdu – pundurplanētu Cereru, ko viņi atklāja pirms diviem gadiem. Ceriju neatkarīgi Vācijā atdalīja Martins Heinrihs Klaprots.
Laikā no 1839. līdz 1843. gadam zviedru ķirurgs un ķīmiķis Karls Gustafs Mosanders atklāja, kacērija oksīdsbija oksīdu maisījums. Viņš atdalīja vēl divus oksīdus, kurus viņš nosauca par lantānu un didimiju “didimija” (grieķu valodā nozīmē “dvīņi”). Viņš daļēji sadalījacērija nitrātsparaugu, apdedzinājot to gaisā, un pēc tam apstrādājot ar atšķaidītu slāpekļskābi, lai iegūtu oksīdu. Tāpēc metālus, kas veido šos oksīdus, sauc parlantānsunprazeodīms.
1885. gadā austrietis K. F. Auers fon Velsbahs, kurš izgudroja torija-cērija tvaika lampas marles apvalku, veiksmīgi atdalīja “prazeodīmu neodīmu” jeb “siāmas dvīņus”, no kuriem tika atdalīts zaļais prazeodīma sāls un rozā krāsas neodīma sāls, un tika noteikts, ka tie ir divi jauni elementi. Vienu no tiem sauc par “prazeodīmu”, kas cēlies no grieķu vārda prason, kas nozīmē zaļš savienojums, jo prazeodīma sālsūdens šķīdums iegūs spilgti zaļu krāsu; otru elementu sauc par “Neodīms". Veiksmīgā "siāmas dvīņu" atdalīšana ļāva viņiem neatkarīgi parādīt savus talantus."
Sudrabaini balts metāls, mīksts un elastīgs. Prazeodīmam istabas temperatūrā ir sešstūraina kristāla struktūra. Korozijas izturība gaisā ir spēcīgāka nekā lantānam, cērijam, neodīmam un eiropijam, bet, pakļaujot to gaisam, veidojas trausla melna oksīda slānis, un viena centimetra liels prazeodīma metāla paraugs pilnībā korodē aptuveni gada laikā.
Tāpat kā vairumsretzemju elementiPrazeodīms, visticamāk, veidos +3 oksidācijas pakāpi, kas ir tā vienīgais stabilais stāvoklis ūdens šķīdumos. Dažos zināmos cietos savienojumos prazeodīms pastāv +4 oksidācijas pakāpē, un matricas atdalīšanas apstākļos tas var sasniegt unikālu +5 oksidācijas pakāpi lantanīdu elementu vidū.
Ūdens prazeodīma jons ir dzeltenā krāsa, un daudzi prazeodīma rūpnieciskie pielietojumi ietver tā spēju filtrēt dzelteno gaismu gaismas avotos.
Prazeodīma elektroniskais izkārtojums
Elektroniskās emisijas:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Prazeodīma 59 elektroni ir sakārtoti kā [Xe]₆₀₈₀₈₂. Teorētiski visus piecus ārējos elektronus var izmantot kā valences elektronus, taču visu piecu ārējo elektronu izmantošanai nepieciešami ekstremāli apstākļi. Parasti prazeodīms savos savienojumos emitē tikai trīs vai četrus elektronus. Prazeodīms ir pirmais lantanīdu elements ar elektronisko konfigurāciju, kas atbilst Aufbau principam. Tā 4f orbitālei ir zemāki enerģijas līmeņi nekā 5d orbitālei, kas nav piemērojams lantānam un cērijam, jo 4f orbitāles pēkšņa saraušanās notiek tikai pēc lantāna un nav pietiekama, lai izvairītos no 5d čaulas aizpildīšanas cērijā. Tomēr cietajam prazeodīmam ir [Xe]₆₀₀₀₈₀₈₀₈₂ konfigurācija, kur viens elektrons 5d čaulā atgādina visus pārējos trīsvērtīgos lantanīdu elementus (izņemot europiju un iterbiju, kas ir divvērtīgi metāliskā stāvoklī).
Tāpat kā lielākā daļa lantanīdu elementu, prazeodīms parasti izmanto tikai trīs elektronus kā valences elektronus, un atlikušajiem 4f elektroniem ir spēcīga saistīšanās ietekme: tas notiek tāpēc, ka 4f orbīta iet caur elektrona inerto ksenona kodolu, lai sasniegtu kodolu, kam seko 5d un 6s, un palielinās līdz ar jonu lādiņa pieaugumu. Tomēr prazeodīms joprojām var turpināt zaudēt ceturto un pat reizēm piekto valences elektronu, jo tas parādās ļoti agri lantanīdu sistēmā, kur kodola lādiņš joprojām ir pietiekami zems, un 4f apakšapvalka enerģija ir pietiekami augsta, lai varētu noņemt vairāk valences elektronu.
Prazeodīms un visi lantanīdu elementi (izņemotlantāns, iterbijsunlutēcijs, nav nesapārotu 4f elektronu) istabas temperatūrā ir paramagnētisms. Atšķirībā no citiem retzemju metāliem, kuriem zemā temperatūrā piemīt antiferomagnētiska vai feromagnētiska sakārtošanās, prazeodīms ir paramagnētisks visās temperatūrās virs 1 K.
Prazeodīma pielietojums
Prazeodīmu galvenokārt izmanto jauktu retzemju metālu veidā, piemēram, kā attīrīšanas un modificēšanas līdzekli metālu materiāliem, ķīmiskajiem katalizatoriem, lauksaimniecības retzemju elementiem utt.Prazeodīms neodīmsir vislīdzīgākais un visgrūtāk atdalāmais retzemju elementu pāris, ko ir grūti atdalīt ar ķīmiskām metodēm. Rūpnieciskajā ražošanā parasti izmanto ekstrakcijas un jonu apmaiņas metodes. Ja tos izmanto pāros bagātināta prazeodīma neodīma veidā, to kopīgumu var pilnībā izmantot, un cena ir arī lētāka nekā viena elementa produktiem.
Prazeodīma neodīma sakausējums(prazeodīms (neodīma metāls)ir kļuvis par patstāvīgu produktu, ko var izmantot gan kā pastāvīgā magnēta materiālu, gan kā modifikācijas piedevu krāsaino metālu sakausējumiem. Naftas krekinga katalizatora aktivitāti, selektivitāti un stabilitāti var uzlabot, pievienojot prazeodīma neodīma koncentrātu Y ceolīta molekulārajam sietam. Kā plastmasas modifikācijas piedevu, prazeodīma neodīma bagātināšanas pievienošana politetrafluoretilēnam (PTFE) var ievērojami uzlabot PTFE nodilumizturību.
RetzemjuPastāvīgo magnētu materiāli mūsdienās ir vispopulārākā retzemju metālu pielietojuma joma. Prazeodīms pats par sevi nav izcils pastāvīgā magnēta materiāls, taču tas ir lielisks sinerģisks elements, kas var uzlabot magnētiskās īpašības. Pievienojot atbilstošu prazeodīma daudzumu, var efektīvi uzlabot pastāvīgā magnēta materiālu veiktspēju. Tas var arī uzlabot magnētu antioksidantu veiktspēju (gaisa korozijas izturību) un mehāniskās īpašības, un to plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs un motoros.
Prazeodīmu var izmantot arī materiālu slīpēšanai un pulēšanai. Kā zināms, tīrs cērija bāzes pulēšanas pulveris parasti ir gaiši dzeltens, kas ir augstas kvalitātes optiskā stikla pulēšanas materiāls un ir aizstājis sarkano dzelzs oksīda pulveri, kam ir zema pulēšanas efektivitāte un kas piesārņo ražošanas vidi. Cilvēki ir atklājuši, ka prazeodīmam piemīt labas pulēšanas īpašības. Retzemju pulēšanas pulveris, kas satur prazeodīmu, izskatīsies sarkanbrūns, pazīstams arī kā "sarkanais pulveris", taču šī sarkanā krāsa nav dzelzs oksīda sarkana, bet prazeodīma oksīda klātbūtnes dēļ retzemju pulēšanas pulvera krāsa kļūst tumšāka. Prazeodīms ir izmantots arī kā jauns slīpēšanas materiāls korunda slīpripu izgatavošanai, kas satur prazeodīmu. Salīdzinot ar balto alumīnija oksīdu, oglekļa strukturālā tērauda, nerūsējošā tērauda un augstas temperatūras sakausējumu slīpēšanas efektivitāti un izturību var uzlabot par vairāk nekā 30%. Lai samazinātu izmaksas, agrāk kā izejvielas bieži tika izmantoti ar prazeodīmu bagātināti materiāli, tāpēc to sauc par prazeodīma-neodīma korunda slīpripu.
Ar prazeodīma joniem leģēti silikāta kristāli ir izmantoti, lai palēninātu gaismas impulsus līdz vairākiem simtiem metru sekundē.
Pievienojot cirkonija silikātam prazeodīma oksīdu, tas kļūs spilgti dzeltens un to var izmantot kā keramikas pigmentu – prazeodīma dzelteno. Prazeodīma dzeltenais (Zr02-Pr6Oll-Si02) tiek uzskatīts par labāko dzelteno keramikas pigmentu, kas saglabā stabilitāti līdz 1000 ℃ temperatūrā un ko var izmantot vienreizējai vai atkārtotai dedzināšanai.
Prazeodīmu izmanto arī kā stikla krāsvielu ar piesātinātām krāsām un lielu potenciālu tirgū. Var ražot prazeodīma zaļā stikla izstrādājumus ar spilgti puravu zaļu un lociņu zaļu krāsu, ko var izmantot zaļo filtru ražošanai, kā arī mākslas un amatniecības stiklam. Pievienojot stiklam prazeodīma oksīdu un cērija oksīdu, to var izmantot kā metināšanas aizsargbrilles. Prazeodīma sulfīdu var izmantot arī kā zaļu plastmasas krāsvielu.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 29. maijs