יסוד אדמה נדיר קסום - פרסאודימיום

פרסאודימיוםהוא יסוד הלנתניד השלישי בשכיחותו בטבלה המחזורית של היסודות הכימיים, עם שפע של 9.5 ppm בקרום, רק נמוך מ-צריום, איטריום,לנתן, וסקנדיוםזהו היסוד החמישי בשכיחותו באדמה נדירה. אבל בדיוק כמו שמו,פרסאודימיוםהוא חבר פשוט ונטול קישוטים ממשפחת אבני האדמה הנדירות.

CF אאור פון ולסבאך גילה את הפראזאודימיום בשנת 1885.

בשנת 1751, המינרלוג השוודי אקסל פרדריק קרונסטדט מצא מינרל כבד באזור הכרייה בבסטנבורג, אשר מאוחר יותר נקרא צריט. שלושים שנה לאחר מכן, וילהלם היסינגר בן החמש עשרה מהמשפחה שבבעלותה את המכרה שלח את דגימותיו לקרל שילה, אך הוא לא גילה יסודות חדשים. בשנת 1803, לאחר שסינגר הפך לנפח, הוא חזר לאזור הכרייה עם יונס יעקב ברזליוס והפריד תחמוצת חדשה, כוכב הלכת הננסי קרס, אותה גילו לפני שנתיים. הצריט הופרדה באופן עצמאי על ידי מרטין היינריך קלפרוט בגרמניה.

בין השנים 1839 ו-1843, המנתח והכימאי השוודי קרל גוסטב מוסנדר גילה כיתחמוצת צריוםהייתה תערובת של תחמוצות. הוא הפריד שתי תחמוצות נוספות, אותן כינה לנתנה ודידמיה "דידמיה" (שפירושו "תאומים" ביוונית). הוא פירק חלקית אתצריום ניטרטדגימה על ידי קלייתה באוויר, ולאחר מכן טיפול בה בחומצה חנקתית מדוללת כדי לקבל את התחמוצת. לכן, המתכות היוצרות תחמוצות אלה נקראותלנתןופרסאודימיום.

בשנת 1885, CF אאור פון ולסבאך, אוסטרי שהמציא את כיסוי הגזה למנורת אדי תוריום-צריום, הצליח להפריד את ה"פראזודימיום ניאודימיום", "התאומים הסיאמיים", שמהם הופרדו מלח פראזודימיום ירוק ומלח ניאודימיום בצבע ורוד ונקבעו שהם שני יסודות חדשים. האחד נקרא "פראזודימיום", שמקורו במילה היוונית פראסון, שמשמעותה תרכובת ירוקה מכיוון שתמיסה של מלח פראזודימיום במים תציג צבע ירוק בהיר; היסוד השני נקרא "ניאודימיוםההפרדה המוצלחת של "התאומים הסיאמיים" אפשרה להם להציג את כישרונותיהם באופן עצמאי.

מתכת פרסאודימיום

מתכת לבנה כסופה, רכה וגמישה. לפרסאודימיום מבנה גבישי משושה בטמפרטורת החדר. עמידות הקורוזיה באוויר חזקה יותר מזו של לנתן, צריום, ניאודימיום ואירופיום, אך כאשר היא נחשפת לאוויר, נוצרת שכבה של תחמוצת שחורה שבירה, ודגימת מתכת פרסאודימיום בגודל סנטימטר אחד מתקלקלת לחלוטין תוך כשנה.

כמו רוביסודות אדמה נדירים, פרסאודימיום נוטה יותר ליצור מצב חמצון של +3, שהוא מצבו היציב היחיד בתמיסות מימיות. פרסאודימיום קיים במצב חמצון של +4 בכמה תרכובות מוצקות ידועות, ובתנאי הפרדת מטריצה, הוא יכול להגיע למצב חמצון ייחודי של +5 בקרב יסודות לנתניד.

יון הפראזודימיום המימי הוא בצבע ירקרק, ושימושים תעשייתיים רבים בפרסאודימיום 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 כאלקטרון ערכיות, אך השימוש בכל חמשת האלקטרונים החיצוניים דורש תנאים קיצוניים. באופן כללי, פרסאודימיום פולט רק שלושה או ארבעה אלקטרונים בתרכובותיו. פרסאודימיום הוא יסוד הלנתניד הראשון עם תצורה אלקטרונית התואמת את עקרון אאופבאו. לאורביטל 4f שלו רמות אנרגיה נמוכות יותר מאשר לאורביטל 5d, דבר שאינו ישים ללנתנום ולצריום, מכיוון שההתכווצות הפתאומית של אורביטל 4f אינה מתרחשת עד לאחר הלנתנום ואינה מספיקה כדי להימנע מתפיסת קליפת ה-5d בצריום. אף על פי כן, פרסאודימיום מוצק מציג תצורה [Xe] 4f25d16s2, שבה אלקטרון אחד בקליפה ה-5d דומה לכל שאר יסודות הלנתניד התלת-ערכיים (למעט אירופיום ואיטרביום, שהם דו-ערכיים במצבים מתכתיים).

כמו רוב יסודות הלנתניד, פרסאודימיום משתמש בדרך כלל רק בשלושה אלקטרונים כאלקטרון ערכיות, ולאלקטרוני 4f הנותרים יש אפקט קישור חזק: הסיבה לכך היא שמסלול 4f עובר דרך ליבת הקסנון האינרטי של האלקטרון כדי להגיע לגרעין, ואחריו 5d ו-6s, ועולה עם עליית המטען היוני. עם זאת, פרסאודימיום עדיין יכול להמשיך לאבד את האלקטרון הערכיות הרביעי ואף לעיתים החמישי, מכיוון שהוא מופיע מוקדם מאוד במערכת הלנתניד, שבה המטען הגרעיני עדיין נמוך מספיק, ואנרגיית תת-הקליפה 4f גבוהה מספיק כדי לאפשר הסרה של אלקטרון ערכיות נוסף.

פרסאודימיום וכל יסודות הלנתניד (למעטלנתן, איטרביוםולוטציום, אין אלקטרונים 4f לא מזווגים) הם פרמגנטיים בטמפרטורת החדר. שלא כמו מתכות אדמה נדירות אחרות המפגינות סדר אנטי-פרומגנטי או פרומגנטי בטמפרטורות נמוכות, פרסאודימיום הוא פרמגנטי בכל הטמפרטורות מעל 1K.

יישום של פרסאודימיום

פרסאודימיום משמש בעיקר בצורה של אדמה נדירה מעורבת, כגון כחומר טיהור ושינוי עבור חומרי מתכת, זרזים כימיים, אדמה נדירה חקלאית וכן הלאה.נאודימיום פרסאודימיוםהוא זוג יסודות אדמה נדירים הדומה ביותר וקשה להפרדה, שקשה להפריד בשיטות כימיות. ייצור תעשייתי משתמש בדרך כלל בשיטות מיצוי וחילופי יונים. אם משתמשים בהם בזוגות בצורת ניאודימיום מועשר בפראזודימיום, ניתן לנצל את המשותף שלהם במלואו, והמחיר גם זול יותר ממוצרים בעלי יסוד בודד.

סגסוגת ניאודימיום פרסאודימיום(מתכת פראסאודימיום (ניאודימיום)הפך למוצר עצמאי, שניתן להשתמש בו גם כחומר למגנט קבוע וגם כתוסף שינוי לסגסוגות מתכות לא ברזליות. ניתן לשפר את הפעילות, הסלקטיביות והיציבות של זרז פיצוח נפט על ידי הוספת תרכיז ניאודימיום פרסאודימיום לתוך מסננת מולקולרית זאוליט Y. כתוסף שינוי פלסטיק, הוספת העשרת ניאודימיום פרסאודימיום לפוליטטראפלואורואתילן (PTFE) יכולה לשפר משמעותית את עמידות הבלאי של PTFE.

אדמה נדירהחומרי מגנט קבוע הם התחום הפופולרי ביותר של יישומים של אדמה נדירה כיום. פרסאודימיום לבדו אינו מצטיין כחומר מגנט קבוע, אך הוא אלמנט סינרגטי מצוין שיכול לשפר את התכונות המגנטיות. הוספת כמות מתאימה של פרסאודימיום יכולה לשפר ביעילות את הביצועים של חומרי מגנט קבוע. הוא יכול גם לשפר את ביצועי נוגדי החמצון (עמידות בפני קורוזיה באוויר) ואת התכונות המכניות של מגנטים, והוא נמצא בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים ומנועים שונים.

ניתן להשתמש בפראזודימיום גם לטחינה וליטוש חומרים. כידוע לכולנו, אבקת ליטוש מבוססת צריום טהורה היא בדרך כלל צהובה בהירה, שהיא חומר ליטוש איכותי לזכוכית אופטית, והיא החליפה את אבקת תחמוצת הברזל האדומה שלה יעילות ליטוש נמוכה ומזהמת את סביבת הייצור. אנשים גילו שלפרסאודימיום יש תכונות ליטוש טובות. אבקת ליטוש של אדמה נדירה המכילה פרסאודימיום תיראה חומה אדמדמה, המכונה גם "אבקה אדומה", אך צבע אדום זה אינו אדום תחמוצת ברזל, אך בשל נוכחות תחמוצת פרסאודימיום, צבע אבקת הליטוש של אדמה נדירה הופך כהה יותר. פרסאודימיום שימש גם כחומר ליטוש חדש לייצור גלגלי ליטוש קורונדום המכילים פרסאודימיום. בהשוואה לאלומינה לבנה, ניתן לשפר את היעילות והעמידות ביותר מ-30% בעת טחינת פלדת פחמן מבנית, נירוסטה וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה. על מנת להפחית עלויות, חומרים מועשרים בניאודימיום בפראזודימיום שימשו לעתים קרובות כחומרי גלם בעבר, ומכאן השם גלגל ליטוש קורונדום ניאודימיום פרסאודימיום.

גבישי סיליקט מסוממים ביוני פרסאודימיום שימשו להאטת פולסי אור לכמה מאות מטרים לשנייה.

הוספת תחמוצת פרסאודימיום לסיליקט זירקוניום תהפוך לצהוב בוהק וניתן להשתמש בו כפיגמנט קרמי - צהוב פרסאודימיום. צהוב פרסאודימיום (Zr02-Pr6Oll-Si02) נחשב לפיגמנט הקרמי הצהוב הטוב ביותר, שנשאר יציב עד 1000 ℃ וניתן להשתמש בו לתהליכי שריפה חד פעמיים או מחדש.

פרסאודימיום משמש גם כצבע זכוכית, עם צבעים עשירים ופוטנציאל שוק גדול. ניתן לייצר מוצרי זכוכית ירוקים פרסאודימיום בצבעים ירוקים בהירים של כרישה וירוקים בצל ירוק, בהם ניתן להשתמש לייצור מסננים ירוקים וגם לזכוכית לאומנות ויצירה. הוספת תחמוצת פרסאודימיום ותחמוצת צריום לזכוכית יכולה לשמש כמשקפי מגן לריתוך. פרסאודימיום גופרתי יכול לשמש גם כצבע ירוק לפלסטיק.