אלמנט אדמה נדיר קסום - פרסאודימיום

פרזודימיוםהוא היסוד הלנתניד השלישי בשכיחותו בטבלה המחזורית של היסודות הכימיים, עם שפע של 9.5 ppm בקרום, רק נמוך מ-צריום, איטריום,לנתנום, וסקנדיום. זהו היסוד החמישי בשכיחותו בכדורי אדמה נדירים. אבל בדיוק כמו השם שלו,פרסאודימיוםהוא חבר פשוט ולא מעוטר במשפחת כדור הארץ הנדירים.

CF Auer Von Welsbach גילה את הפראזודימיום בשנת 1885.

בשנת 1751, המינרלוג השוודי אקסל פרדריק קרונשטדט מצא מינרל כבד באזור הכרייה של Bastn ä, אשר כונה מאוחר יותר cerite. 30 שנה לאחר מכן, וילהלם היסינגר בן החמש עשרה מהמשפחה שבבעלותה המכרה שלח את הדגימות שלו לקרל שילה, אך הוא לא גילה אלמנטים חדשים. ב-1803, לאחר שזינגר הפך לנפח, הוא חזר לאזור הכרייה עם ג'ייקוב ברזליוס והפריד תחמוצת חדשה, כוכב הלכת הננסי קרס, שגילו לפני שנתיים. Ceria הופרד באופן עצמאי על ידי מרטין היינריך קלפרוט בגרמניה.

בין 1839 ל-1843, המנתח והכימאי השבדי קרל גוסטף מוסנדר גילה כיתחמוצת צריוםהיה תערובת של תחמוצות. הוא הפריד בין שתי תחמוצות אחרות, שאותן כינה לנתנה ודידימיה "דידימיה" (שפירושו "תאומים" ביוונית). הוא פירק חלקית אתסריום חנקתידגימה על ידי צלייתה באוויר, ולאחר מכן טיפלה בה בחומצה חנקתית מדוללת כדי להשיג את התחמוצת. המתכות היוצרות תחמוצות אלה נקראות לפיכךלנתנוםופרסאודימיום.

בשנת 1885, CF Auer Von Welsbach, אוסטרי שהמציא את כיסוי הגזה של מנורת אדי תוריום צריום, הפריד בהצלחה את ה"פראזודימיום ניאודימיום", "התאומים המחוברים", שמהם הופרדו מלח פרסאודימיום ירוק ומלח ניאודימיום בצבע ורדים ונקבעו להיות. שני אלמנטים חדשים. אחת מהן נקראת "Praseodymium", שמקורה במילה היוונית prason, שמשמעותה תרכובת ירוקה מכיוון שתמיסה של מי מלח פרסאודימיום תציג צבע ירוק עז; האלמנט השני נקרא "ניאודימיום". הפרידה המוצלחת של "התאומים המאוחדים" אפשרה להם להציג את כישרונותיהם באופן עצמאי.

פרסאודימיום מתכת

מתכת לבנה כסופה, רכה וגמישה. לפראזודימיום מבנה גבישי משושה בטמפרטורת החדר. העמידות בפני קורוזיה באוויר חזקה יותר מזו של לנתנום, צריום, ניאודימיום ואירופיום, אך בחשיפה לאוויר נוצרת שכבה של תחמוצת שחורה שבירה, ודגימת מתכת פרסאודימיום בגודל סנטימטר אחד מתכלה לחלוטין תוך כשנה.

כמו רובםיסודות אדמה נדירים, סביר להניח ש-praseodymium ייצור מצב חמצון+3, שהוא המצב היציב היחיד שלו בתמיסות מימיות. פרסאודימיום קיים במצב חמצון +4 בחלק מהתרכובות המוצקות המוכרות, ובתנאי הפרדת מטריקס, הוא יכול להגיע למצב חמצון ייחודי +5 בין יסודות לנתניד.

יון הפראזודימיום המימי הוא שרטרוז, ושימושים תעשייתיים רבים של פרסאודימיום כוללים את יכולתו לסנן אור צהוב במקורות אור.

פריסה אלקטרונית של פרסאודימיום

פליטות אלקטרוניות:

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

59 האלקטרונים של פרסאודימיום מסודרים כ-[Xe] 4f36s2. תיאורטית, כל חמשת האלקטרונים החיצוניים יכולים לשמש כאלקרון ערכיות, אך השימוש בכל חמשת האלקטרונים החיצוניים דורש תנאים קיצוניים. בדרך כלל, פרסאודימיום פולט רק שלושה או ארבעה אלקטרונים בתרכובותיו. Praseodymium הוא האלמנט lanthanide הראשון עם תצורה אלקטרונית התואמת את עקרון Aufbau. למסלול ה-4f שלו יש רמות אנרגיה נמוכות יותר מהאורביטל 5d, שאינו ישים ללנתנום ולצריום, מכיוון שההתכווצות הפתאומית של מסלול ה-4f לא מתרחשת אלא לאחר הלנתנום ואינה מספיקה כדי להימנע מעיסוק במעטפת ה-5d בסריום. עם זאת, פרסאודימיום מוצק מציג תצורת [Xe] 4f25d16s2, כאשר אלקטרון אחד במעטפת ה-5d דומה לכל שאר היסודות לנטאניד תלת-ערכיים (פרט לארופיום ואיטרביום, שהם דו ערכיים במצבים מתכתיים).

כמו רוב היסודות של לנתניד, פרסאודימיום משתמש בדרך כלל רק בשלושה אלקטרונים כאלקרון ערכיות, ולאלקטרוני 4f הנותרים יש אפקט מקשר חזק: הסיבה לכך היא שמסלול 4f עובר דרך ליבת הקסנון האינרטית של האלקטרון כדי להגיע לגרעין, ואחריו 5d ו-6s , ועולה עם עליית המטען היוני. עם זאת, פרסאודימיום עדיין יכול להמשיך לאבד את אלקטרון הערכיות הרביעי ואף מדי פעם את אלקטרון הערכיות החמישי, מכיוון שהוא מופיע בשלב מוקדם מאוד במערכת הלנתניד, שם המטען הגרעיני עדיין נמוך מספיק, ואנרגיית המשנה 4f גבוהה מספיק כדי לאפשר הסרה של יותר אלקטרון ערכיות.

פרסאודימיום וכל יסודות הלנתניד (למעטלנתנום, איטרביוםולוטטיום, אין אלקטרונים 4f לא מזווגים) הם פרמגנטיות בטמפרטורת החדר. בניגוד למתכות אדמה נדירות אחרות המציגות סדר אנטי-פרומגנטי או פרומגנטי בטמפרטורות נמוכות, פרסאודימיום הוא פרמגנטיות בכל הטמפרטורות מעל 1K

יישום של Praseodymium

פרסאודימיום משמש בעיקר בצורה של אדמה נדירה מעורבת, כגון כחומר מטהר ושינוי לחומרי מתכת, זרזים כימיים, אדמה נדירה חקלאית וכן הלאה.פרסאודימיום ניאודימיוםהוא הצמד הדומה והקשה ביותר להפרדה של יסודות אדמה נדירים, שקשה להפריד בשיטות כימיות. הייצור התעשייתי משתמש בדרך כלל בשיטות מיצוי וחילופי יונים. אם הם משמשים בזוגות בצורה של נאודימיום מועשר פרסאודימיום, ניתן לנצל את המשותף שלהם במלואו, והמחיר גם זול יותר ממוצרים בודדים.

סגסוגת ניאודימיום פרסאודימיום(פרסאודימיום מתכת ניאודימיום)הפך למוצר עצמאי, שיכול לשמש גם כחומר מגנט קבוע וגם כתוסף שינוי לסגסוגות מתכות לא ברזליות. ניתן לשפר את הפעילות, הסלקטיביות והיציבות של זרז פיצוח נפט על-ידי הוספת תרכיז פרסאודימיום ניאודימיום לתוך מסננת מולקולרית זאוליט Y. כתוסף לשינוי פלסטי, הוספת העשרה של פראסאודימיום נאודיום לפוליטטראפלואורואתילן (PTFE) יכולה לשפר משמעותית את עמידות הבלאי של PTFE.

אדמה נדירהחומרים מגנטים קבועים הם התחום הפופולרי ביותר של יישומי אדמה נדירים כיום. פרסאודימיום לבדו אינו יוצא מן הכלל כחומר מגנט קבוע, אך הוא אלמנט סינרגטי מצוין שיכול לשפר את התכונות המגנטיות. הוספת כמות מתאימה של פרסאודימיום יכולה לשפר ביעילות את הביצועים של חומרים מגנטים קבועים. זה יכול גם לשפר את ביצועי נוגדי החמצון (עמידות בפני קורוזיה באוויר) ואת התכונות המכניות של מגנטים, ונמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים ומנועים שונים.

פרסאודימיום יכול לשמש גם עבור חומרי השחזה והברקה. כפי שכולנו יודעים, אבקת ליטוש טהורה על בסיס צריום היא לרוב צהובה בהיר, שהיא חומר ליטוש איכותי לזכוכית אופטית, והחליפה את האבקה האדומה של תחמוצת ברזל בעלת יעילות ליטוש נמוכה ומזהמת את סביבת הייצור. אנשים גילו שלפראזודימיום יש תכונות ליטוש טובות. אבקת ליטוש אדמה נדירה המכילה פרסאודימיום תראה חום אדמדם, המכונה גם "אבקה אדומה", אך צבע אדום זה אינו אדום תחמוצת ברזל, אך עקב נוכחות תחמוצת פרסאודימיום, צבע אבקת הליטוש של כדור הארץ הנדיר נעשה כהה יותר. פרסאודימיום שימש גם כחומר שחיקה חדש לייצור גלגלי שחיקה קורונדום המכילים פרסאודימיום. בהשוואה לאלומינה לבנה, ניתן לשפר את היעילות והעמידות ביותר מ-30% בעת שחיקה של פלדה מבנית פחמן, נירוסטה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה. על מנת להוזיל עלויות, בעבר נעשה שימוש בחומרי גלם מועשרים בפראזודימיום ניאודימיום, ומכאן השם גלגל השחזה פרסיאודימיום ניאודימיום קורונדום.

גבישי סיליקט מסוממים ביוני פרסאודימיום שימשו להאטת פעימות האור לכמה מאות מטרים בשנייה.

הוספת תחמוצת פרסאודימיום לסיליקט זירקוניום תהפוך לצהוב עז וניתן להשתמש בו כפיגמנט קרמי - צהוב פרסאודימיום. פרסיאודימיום צהוב (Zr02-Pr6Oll-Si02) נחשב לפיגמנט הקרמי הצהוב הטוב ביותר, שנשאר יציב עד 1000 ℃ וניתן להשתמש בו לתהליכים חד-פעמיים או צריבה חוזרת.

Praseodymium משמש גם כצבע זכוכית, עם צבעים עשירים ופוטנציאל שוק גדול. ניתן לייצר מוצרי זכוכית ירוקה פרסיאודימיום בצבעי ירוק כרישה בוהקים וירוק בצל ירוק, שניתן להשתמש בהם לייצור פילטרים ירוקים וגם לזכוכית לאומנויות ויצירה. הוספת תחמוצת פראסיאודימיום ותחמוצת צריום לזכוכית יכולה לשמש כמשקפי מגן לריתוך. פרסאודימיום גופרתי יכול לשמש גם כצבע פלסטיק ירוק.