ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტი - პრაზეოდიმიუმი

პრაზეოდიმიუმიქიმიური ელემენტების პერიოდულ ცხრილში ლანთანიდების სიმრავლით მესამეა, ქერქში მისი შემცველობა 9.5 ppm-ია, რაც მხოლოდ უფრო დაბალია, ვიდრეცერიუმი, იტრიუმი,ლანთანუმიდასკანდიუმიეს იშვიათ მიწებში მეხუთე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. თუმცა, ისევე როგორც მისი სახელი,პრაზეოდიმიუმიიშვიათმიწა ნიადაგების ოჯახის მარტივი და უნაკლო წევრია.

კ.ფ. აუერ ფონ ველსბახმა პრაზეოდიმიუმი 1885 წელს აღმოაჩინა.

1751 წელს შვედმა მინერალოგმა აქსელ ფრედრიკ კრონშტედტმა ბასტნ ა-ს სამთო ტერიტორიაზე მძიმე მინერალი აღმოაჩინა, რომელსაც მოგვიანებით ცერიტი ეწოდა. ოცდაათი წლის შემდეგ, მაღაროს მფლობელი ოჯახიდან თხუთმეტი წლის ვილჰელმ ჰიზინგერმა თავისი ნიმუშები კარლ შეელს გაუგზავნა, მაგრამ მან ახალი ელემენტები ვერ აღმოაჩინა. 1803 წელს, მას შემდეგ, რაც ზინგერი მჭედელი გახდა, ის იონს იაკობ ბერზელიუსთან ერთად სამთო ტერიტორიაზე დაბრუნდა და ახალი ოქსიდი, ჯუჯა პლანეტა ცერერა გამოყო, რომელიც მათ ორი წლის წინ აღმოაჩინეს. ცერია დამოუკიდებლად გამოყო მარტინ ჰაინრიხ კლაპროტმა გერმანიაში.

1839-1843 წლებში შვედმა ქირურგმა და ქიმიკოსმა კარლ გუსტაფ მოსანდერმა აღმოაჩინა, რომცერიუმის ოქსიდიოქსიდების ნარევი იყო. მან გამოყო ორი სხვა ოქსიდი, რომლებსაც ლანთანა და დიდიმია უწოდა „დიდიმია“ (ბერძნულად „ტყუპებს“ ნიშნავს). მან ნაწილობრივ დაშალაცერიუმის ნიტრატინიმუში მიიღება ჰაერზე შეწვით და შემდეგ დამუშავდება განზავებული აზოტმჟავით ოქსიდის მისაღებად. ამიტომ, ამ ოქსიდების წარმომქმნელ ლითონებს ეწოდებალანთანუმიდაპრაზეოდიმიუმი.

1885 წელს, ავსტრიელმა ჩ.ფ. აუერ ფონ ველსბახმა, რომელმაც გამოიგონა თორიუმის ცერიუმის ორთქლის ნათურის მარლის საფარი, წარმატებით გამოყო „პრაზეოდიმ ნეოდიმი“, „შეერთებული ტყუპები“, საიდანაც გამოეყო მწვანე პრაზეოდიმიუმის მარილი და ვარდისფერი ნეოდიმიუმის მარილი და დადგინდა, რომ ისინი ორ ახალ ელემენტს წარმოადგენენ. ერთს ჰქვია „პრაზეოდიმი“, რაც მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან „პრასონ“, რაც ნიშნავს მწვანე ნაერთს, რადგან პრაზეოდიმიუმის მარილიანი წყლის ხსნარი მიიღებს კაშკაშა მწვანე ფერს; მეორე ელემენტს ჰქვია „ნეოდიმი„სიამური ტყუპების“ წარმატებით გამოყოფამ მათ საკუთარი ნიჭის დამოუკიდებლად გამოვლენის საშუალება მისცა.

პრაზეოდიმიუმის ლითონი

ვერცხლისფერი თეთრი ლითონი, რბილი და დრეკადი. ოთახის ტემპერატურაზე პრაზეოდიმიუმს აქვს ექვსკუთხა კრისტალური სტრუქტურა. ჰაერში კოროზიისადმი მდგრადობა უფრო ძლიერია, ვიდრე ლანთანის, ცერიუმის, ნეოდიმიისა და ევროპიუმისა, მაგრამ ჰაერზე ზემოქმედებისას წარმოიქმნება მყიფე შავი ოქსიდის ფენა და ერთი სანტიმეტრის ზომის პრაზეოდიმიუმის ლითონის ნიმუში დაახლოებით ერთი წლის განმავლობაში მთლიანად კოროდირდება.

როგორც უმეტესობაიშვიათი მიწის ელემენტებიპრაზეოდიმიუმი, სავარაუდოდ, წარმოქმნის +3 დაჟანგვის მდგომარეობას, რომელიც მისი ერთადერთი სტაბილური მდგომარეობაა წყალხსნარებში. პრაზეოდიმიუმი ზოგიერთ ცნობილ მყარ ნაერთში არსებობს +4 დაჟანგვის მდგომარეობაში და მატრიცული გამოყოფის პირობებში, მას შეუძლია მიაღწიოს უნიკალურ +5 დაჟანგვის მდგომარეობას ლანთანოიდურ ელემენტებს შორის.

წყლიანი პრაზეოდიმიუმის იონი არის შარტრეზისფერი და პრაზეოდიმიუმის მრავალი სამრეწველო გამოყენება დაკავშირებულია მის უნართან, გაფილტროს ყვითელი სინათლე სინათლის წყაროებში.

პრაზეოდიმიუმის ელექტრონული განლაგება

ელექტრონული გამონაბოლქვი:

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

პრაზეოდიმიუმის 59 ელექტრონი განლაგებულია [Xe] 4f36s2-ის სახით. თეორიულად, ხუთივე გარე ელექტრონის გამოყენება შესაძლებელია ვალენტურ ელექტრონებად, მაგრამ ხუთივე გარე ელექტრონის გამოყენება ექსტრემალურ პირობებს მოითხოვს. ზოგადად, პრაზეოდიმი თავის ნაერთებში მხოლოდ სამ ან ოთხ ელექტრონს გამოყოფს. პრაზეოდიმი პირველი ლანთანოიდული ელემენტია, რომლის ელექტრონული კონფიგურაცია შეესაბამება აუფბაუს პრინციპს. მის 4f ორბიტალს უფრო დაბალი ენერგიის დონე აქვს, ვიდრე 5d ორბიტალს, რაც არ ვრცელდება ლანთანუმსა და ცერიუმზე, რადგან 4f ორბიტალის უეცარი შეკუმშვა ლანთანუმის შემდეგ არ ხდება და არ არის საკმარისი ცერიუმში 5d გარსის დაკავების თავიდან ასაცილებლად. მიუხედავად ამისა, მყარი პრაზეოდიმი ავლენს [Xe] 4f25d16s2 კონფიგურაციას, სადაც 5d გარსში ერთი ელექტრონი ყველა სხვა სამვალენტიან ლანთანოიდულ ელემენტს წააგავს (გარდა ევროპიუმისა და იტერბიუმისა, რომლებიც მეტალურ მდგომარეობებში ორვალენტიანია).

ლანთანოიდური ელემენტების უმეტესობის მსგავსად, პრაზეოდიმიუმი, როგორც წესი, მხოლოდ სამ ელექტრონს იყენებს ვალენტურ ელექტრონად, ხოლო დარჩენილ 4f ელექტრონებს აქვთ ძლიერი შეკავშირების ეფექტი: ეს იმიტომ ხდება, რომ 4f ორბიტა გადის ელექტრონის ინერტულ ქსენონის ბირთვში ბირთვამდე მისასვლელად, შემდეგ მოდის 5d და 6s ორბიტები და იზრდება იონური მუხტის ზრდასთან ერთად. თუმცა, პრაზეოდიმიუმს შეუძლია კვლავ დაკარგოს მეოთხე და ზოგჯერ მეხუთე ვალენტური ელექტრონიც კი, რადგან ის ძალიან ადრე ჩნდება ლანთანოიდების სისტემაში, სადაც ბირთვის მუხტი ჯერ კიდევ საკმარისად დაბალია, ხოლო 4f ქვეშრის ენერგია საკმარისად მაღალია იმისათვის, რომ მეტი ვალენტური ელექტრონის მოცილება მოხდეს.

პრაზეოდიმიუმი და ყველა ლანთანოიდური ელემენტი (გარდალანთანუმი, იტერბიუმიდალუტეციუმი, არ არსებობს შეუწყვილებელი 4f ელექტრონები) ოთახის ტემპერატურაზე პარამაგნეტიზმს წარმოადგენს. სხვა იშვიათმიწა ლითონებისგან განსხვავებით, რომლებიც დაბალ ტემპერატურაზე ანტიფერომაგნიტურ ან ფერომაგნიტურ წესრიგს ავლენენ, პრაზეოდიმი 1K-ზე მაღალ ყველა ტემპერატურაზე პარამაგნეტიზმს წარმოადგენს.

პრაზეოდიმიუმის გამოყენება

პრაზეოდიმიუმი ძირითადად გამოიყენება შერეული იშვიათმიწა ელემენტების სახით, მაგალითად, როგორც გამწმენდი და მოდიფიცირების აგენტი ლითონის მასალებისთვის, ქიმიური კატალიზატორებისთვის, სასოფლო-სამეურნეო იშვიათმიწა ელემენტებისთვის და ა.შ.პრაზეოდიმი ნეოდიმიიშვიათმიწა ელემენტების ყველაზე მსგავსი და ძნელად გამოსაყოფი წყვილია, რომლის გამოყოფა ქიმიური მეთოდებით რთულია. სამრეწველო წარმოებაში, როგორც წესი, გამოიყენება ექსტრაქციისა და იონური გაცვლის მეთოდები. თუ ისინი წყვილებში გამოიყენება გამდიდრებული პრაზეოდიმ ნეოდიმიუმის სახით, მათი საერთო თვისებები სრულად იქნება გამოყენებული და ფასიც უფრო იაფია, ვიდრე ერთელემენტიან პროდუქტებში.

პრაზეოდიმიუმის ნეოდიმიუმის შენადნობი(პრაზეოდიმი ნეოდიმი ლითონი)დამოუკიდებელ პროდუქტად იქცა, რომლის გამოყენება შესაძლებელია როგორც მუდმივი მაგნიტის მასალად, ასევე ფერადი ლითონების შენადნობების მოდიფიკაციის დანამატად. ნავთობის კრეკინგის კატალიზატორის აქტივობის, სელექციურობისა და სტაბილურობის გაუმჯობესება შესაძლებელია პრაზეოდიმ ნეოდიმიუმის კონცენტრატის Y ცეოლიტის მოლეკულურ საცერში დამატებით. პლასტმასის მოდიფიკაციის დანამატის სახით, პოლიტეტრაფტორეთილენში (PTFE) გამდიდრებული პრაზეოდიმ ნეოდიმიუმის დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს PTFE-ს ცვეთამედეგობა.

იშვიათმიწამუდმივი მაგნიტის მასალები დღეს იშვიათმიწა ნივთიერებების გამოყენების ყველაზე პოპულარული სფეროა. პრაზეოდიმიუმი თავისთავად არ არის გამორჩეული, როგორც მუდმივი მაგნიტის მასალა, მაგრამ ის შესანიშნავი სინერგიული ელემენტია, რომელსაც შეუძლია მაგნიტური თვისებების გაუმჯობესება. პრაზეოდიმიუმის შესაბამისი რაოდენობის დამატებამ შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს მუდმივი მაგნიტის მასალების მუშაობა. მას ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს ანტიოქსიდანტური მუშაობა (ჰაერის კოროზიისადმი მდგრადობა) და მაგნიტების მექანიკური თვისებები და ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ელექტრონულ მოწყობილობებსა და ძრავებში.

პრაზეოდიმიუმის გამოყენება ასევე შესაძლებელია მასალების დასაფქვავა და გასაპრიალებლად. როგორც ყველამ ვიცით, სუფთა ცერიუმის ბაზაზე დამზადებული გასაპრიალებელი ფხვნილი, როგორც წესი, ღია ყვითელი ფერისაა, რომელიც ოპტიკური მინის მაღალი ხარისხის გასაპრიალებელი მასალაა და ცვლის რკინის ოქსიდის წითელ ფხვნილს, რომელსაც აქვს დაბალი გაპრიალების ეფექტურობა და აბინძურებს საწარმოო გარემოს. ადამიანებმა აღმოაჩინეს, რომ პრაზეოდიმს აქვს კარგი გასაპრიალებელი თვისებები. პრაზეოდიმიუმის შემცველი იშვიათმიწა ლითონების გასაპრიალებელი ფხვნილი გამოჩნდება მოწითალო-ყავისფერი, ასევე ცნობილი როგორც „წითელი ფხვნილი“, მაგრამ ეს წითელი ფერი არ არის რკინის ოქსიდის წითელი, მაგრამ პრაზეოდიმიუმის ოქსიდის არსებობის გამო, იშვიათმიწა ლითონების გასაპრიალებელი ფხვნილის ფერი უფრო მუქი ხდება. პრაზეოდიმი ასევე გამოიყენება, როგორც ახალი სახეხი მასალა პრაზეოდიმიუმის შემცველი კორუნდუმის სახეხი ბორბლების დასამზადებლად. თეთრ ალუმინთან შედარებით, ნახშირბადის სტრუქტურული ფოლადის, უჟანგავი ფოლადის და მაღალი ტემპერატურის შენადნობების დაფქვისას ეფექტურობა და გამძლეობა შეიძლება გაუმჯობესდეს 30%-ზე მეტით. ხარჯების შესამცირებლად, პრაზეოდიმით ნეოდიმით გამდიდრებული მასალები წარსულში ხშირად გამოიყენებოდა ნედლეულად, აქედან გამომდინარეობს პრაზეოდიმ ნეოდიმით კორუნდუმის სახეხი ბორბლის სახელი.

პრაზეოდიმიუმის იონებით დოპირებული სილიკატური კრისტალები გამოიყენება სინათლის იმპულსების წამში რამდენიმე ასეულ მეტრამდე შესანელებლად.

ცირკონიუმის სილიკატში პრაზეოდიმიუმის ოქსიდის დამატება კაშკაშა ყვითელ ფერს მიიღებს და მისი გამოყენება შესაძლებელია კერამიკული პიგმენტის - პრაზეოდიმ ყვითელის - სახით. პრაზეოდიმ ყვითელი (Zr02-Pr6Oll-Si02) საუკეთესო ყვითელ კერამიკულ პიგმენტად ითვლება, რომელიც სტაბილურია 1000 ℃-მდე და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ერთჯერადი ან ხელახლა წვის პროცესებისთვის.

პრაზეოდიმიუმი ასევე გამოიყენება მინის საღებავად, მდიდარი ფერებითა და დიდი პოტენციური ბაზრით. შესაძლებელია პრაზეოდიმიუმის მწვანე მინის პროდუქტების წარმოება კაშკაშა პრასის მწვანე და მწვანე მწვანე ფერებით, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია მწვანე ფილტრების დასამზადებლად და ასევე ხელოვნებისა და ხელნაკეთი ნივთების მინისთვის. მინაში პრაზეოდიმიუმის ოქსიდის და ცერიუმის ოქსიდის დამატება შეიძლება გამოყენებულ იქნას შედუღების სათვალეებად. პრაზეოდიმიუმის სულფიდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მწვანე პლასტმასის საღებავად.