იშვიათი დედამიწის მაგიური ელემენტი - პრასეოდიმი

პრასეოდიმიარის მესამე ყველაზე უხვი ლანთანიდის ელემენტი ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, ქერქში 9,5 ppm სიმრავლით, მხოლოდ დაბალი ვიდრეცერიუმი, იტრიუმი,ლანთანი, დასკანდიუმი. ეს არის მეხუთე ყველაზე უხვი ელემენტი იშვიათ დედამიწაზე. მაგრამ ისევე როგორც მისი სახელი,პრასეოდიმიარის იშვიათი მიწიერი ოჯახის უბრალო და უმშვენიერესი წარმომადგენელი.

CF Auer Von Welsbach-მა აღმოაჩინა პრაზეოდიმი 1885 წელს.

1751 წელს შვედმა მინერალოგმა აქსელ ფრედრიკ კრონშტედტმა იპოვა მძიმე მინერალი ბასტნის სამთო ზონაში, რომელსაც მოგვიანებით ცერიტი ეწოდა. ოცდაათი წლის შემდეგ, თხუთმეტი წლის ვილჰელმ ჰისინჯერმა მაღაროს მფლობელი ოჯახიდან თავისი ნიმუშები გაუგზავნა კარლ შელეს, მაგრამ მან ვერ აღმოაჩინა რაიმე ახალი ელემენტი. 1803 წელს, მას შემდეგ რაც ზინგერი მჭედელი გახდა, იგი დაბრუნდა სამთო ზონაში J ö ns Jacob Berzelius-თან ერთად და გამოყო ახალი ოქსიდი, ჯუჯა პლანეტა ცერერა, რომელიც მათ აღმოაჩინეს ორი წლის წინ. სერიას დამოუკიდებლად დაშორდა მარტინ ჰაინრიხ კლაპროტი გერმანიაში.

1839-1843 წლებში შვედმა ქირურგმა და ქიმიკოსმა კარლ გუსტაფ მოსანდერმა აღმოაჩინა, რომცერიუმის ოქსიდიიყო ოქსიდების ნარევი. მან გამოყო ორი სხვა ოქსიდი, რომლებსაც უწოდა ლანთანა და დიდმია „დიდიმია“ (ბერძნულად „ტყუპებს“ ნიშნავს). მან ნაწილობრივ დაშალაცერიუმის ნიტრატინიმუში ჰაერში გამოწვით და შემდეგ დამუშავდა განზავებული აზოტის მჟავით ოქსიდის მისაღებად. ლითონები, რომლებიც ქმნიან ამ ოქსიდებს, ამიტომ დასახელებულიალანთანიდაპრასეოდიმი.

1885 წელს, CF Auer Von Welsbach, ავსტრიელმა, რომელმაც გამოიგონა თორიუმის ცერიუმის ორთქლის ნათურის გაზის საფარი, წარმატებით გამოყო "პრასეოდიმი ნეოდიმი", "შეერთებული ტყუპები", საიდანაც გამოიყო მწვანე პრაზეოდიმი მარილი და ვარდისფერი ნეოდიმი მარილი. ორი ახალი ელემენტი. ერთს ჰქვია "პრასეოდიმი", რომელიც მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან პრასონი, რაც ნიშნავს მწვანე ნაერთს, რადგან პრასეოდიმი მარილიანი წყლის ხსნარს ექნება ნათელი მწვანე ფერი; სხვა ელემენტს ჰქვია "ნეოდიმი“. "შეერთებული ტყუპების" წარმატებულმა განშორებამ მათ საშუალება მისცა დამოუკიდებლად გამოეჩინათ ნიჭი.

პრასეოდიმი მეტალი

ვერცხლისფერი თეთრი მეტალი, რბილი და დრეკადი. პრასეოდიმს აქვს ექვსკუთხა კრისტალური სტრუქტურა ოთახის ტემპერატურაზე. ჰაერში კოროზიის წინააღმდეგობა უფრო ძლიერია, ვიდრე ლანთანუმი, ცერიუმი, ნეოდიმი და ევროპიუმი, მაგრამ ჰაერის ზემოქმედებისას წარმოიქმნება მყიფე შავი ოქსიდის ფენა და ერთი სანტიმეტრის ზომის პრასეოდიმი ლითონის ნიმუში მთლიანად კოროზირდება დაახლოებით ერთი წლის განმავლობაში.

როგორც უმეტესობაიშვიათი დედამიწის ელემენტებიპრაზეოდიმი დიდი ალბათობით აყალიბებს +3 დაჟანგვის მდგომარეობას, რაც მისი ერთადერთი სტაბილური მდგომარეობაა წყალხსნარებში. პრასეოდიმი არსებობს +4 დაჟანგვის მდგომარეობაში ზოგიერთ ცნობილ მყარ ნაერთში და მატრიცის გამოყოფის პირობებში მას შეუძლია მიაღწიოს უნიკალურ +5 დაჟანგვის მდგომარეობას ლანთანიდის ელემენტებს შორის.

წყლის პრასეოდიმი იონი არის ჩარტრიუზა, და პრასეოდიმის მრავალი სამრეწველო გამოყენება მოიცავს მის უნარს, გაფილტროს ყვითელი შუქი სინათლის წყაროებში.

Praseodymium ელექტრონული განლაგება

ელექტრონული გამონაბოლქვი:

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

პრასეოდიმიის 59 ელექტრონი განლაგებულია [Xe] 4f36s2 სახით. თეორიულად, ხუთივე გარე ელექტრონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ვალენტური ელექტრონი, მაგრამ ხუთივე გარე ელექტრონის გამოყენება მოითხოვს ექსტრემალურ პირობებს. ზოგადად, პრასეოდიმი თავის ნაერთებში ასხივებს მხოლოდ სამ ან ოთხ ელექტრონს. Praseodymium არის პირველი ლანთანიდის ელემენტი ელექტრონული კონფიგურაციით, რომელიც შეესაბამება Aufbau პრინციპს. მის 4f ორბიტალს აქვს უფრო დაბალი ენერგეტიკული დონეები, ვიდრე 5d ორბიტალს, რაც არ გამოიყენება ლანთანუმსა და ცერიუმზე, რადგან 4f ორბიტალის უეცარი შეკუმშვა ხდება ლანთანუმის შემდეგ და საკმარისი არ არის ცერიუმში 5d გარსის დაკავების თავიდან ასაცილებლად. მიუხედავად ამისა, მყარი პრასეოდიმი ავლენს [Xe] 4f25d16s2 კონფიგურაციას, სადაც ერთი ელექტრონი 5d გარსში წააგავს ყველა სხვა სამვალენტიან ლანთანიდის ელემენტებს (გარდა ევროპიისა და იტერბიუმის, რომლებიც ორვალენტიანია მეტალის მდგომარეობებში).

ლანთანიდის ელემენტების უმეტესობის მსგავსად, პრასეოდიმი ჩვეულებრივ იყენებს მხოლოდ სამ ელექტრონს, როგორც ვალენტურ ელექტრონს, ხოლო დანარჩენ 4f ელექტრონებს აქვთ ძლიერი შემაკავშირებელი ეფექტი: ეს იმიტომ ხდება, რომ 4f ორბიტა გადის ელექტრონის ინერტული ქსენონის ბირთვში, რათა მიაღწიოს ბირთვს, რასაც მოჰყვება 5d და 6s. , და იზრდება იონური მუხტის მატებასთან ერთად. თუმცა, პრასეოდიმს შეუძლია კვლავ დაკარგოს მეოთხე და ხანდახან მეხუთე ვალენტური ელექტრონის დაკარგვა, რადგან ის ძალიან ადრე ჩნდება ლანთანიდის სისტემაში, სადაც ბირთვული მუხტი ჯერ კიდევ საკმარისად დაბალია, ხოლო 4f ქვეჭურვის ენერგია საკმარისად მაღალია, რათა მოხდეს მისი ამოღება. მეტი ვალენტური ელექტრონი.

პრასეოდიმი და ლანთანიდის ყველა ელემენტი (გარდალანთანი, იტერბიუმიდალუტეტიუმი, არ არსებობს დაუწყვილებელი 4f ელექტრონები) არის პარამაგნეტიზმი ოთახის ტემპერატურაზე. სხვა იშვიათი მიწიერი ლითონებისგან განსხვავებით, რომლებიც აჩვენებენ ანტიფერომაგნიტურ ან ფერომაგნიტურ წესრიგს დაბალ ტემპერატურაზე, პრასეოდიმი არის პარამაგნეტიზმი 1K-ზე ზემოთ ყველა ტემპერატურაზე.

პრასეოდიმიუმის გამოყენება

პრასეოდიმი ძირითადად გამოიყენება შერეული იშვიათი მიწების სახით, როგორიცაა ლითონის მასალების, ქიმიური კატალიზატორების, სასოფლო-სამეურნეო იშვიათი მიწების გამწმენდი და მოდიფიცირებული აგენტი და ა.შ.პრასეოდიმი ნეოდიმიარის იშვიათი დედამიწის ელემენტების ყველაზე მსგავსი და ძნელად გამოსაყოფი წყვილი, რომლის გამოყოფა რთულია ქიმიური მეთოდებით. სამრეწველო წარმოება ჩვეულებრივ იყენებს ექსტრაქციისა და იონის გაცვლის მეთოდებს. თუ ისინი გამოიყენება წყვილებში გამდიდრებული პრაზეოდიმი ნეოდიმის სახით, მათი საერთოობა შეიძლება სრულად იქნას გამოყენებული და ფასი ასევე იაფია, ვიდრე ერთი ელემენტის პროდუქტები.

პრასეოდიმი ნეოდიმის შენადნობი(პრასეოდიმი ნეოდიმი მეტალი)გახდა დამოუკიდებელი პროდუქტი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მუდმივი მაგნიტის მასალა და მოდიფიკაციის დანამატი ფერადი ლითონის შენადნობებისთვის. ნავთობის კრეკინგის კატალიზატორის აქტივობა, სელექციურობა და სტაბილურობა შეიძლება გაუმჯობესდეს Y ცეოლიტის მოლეკულურ საცერში პრასეოდიმიუმის ნეოდიმის კონცენტრატის დამატებით. როგორც პლასტიკური მოდიფიკაციის დანამატი, პოლიტეტრაფტორეთილენზე (PTFE) პრასეოდიმიუმის ნეოდიმის გამდიდრების დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს PTFE-ის აცვიათ წინააღმდეგობა.

იშვიათი დედამიწამუდმივი მაგნიტის მასალები დღესდღეობით იშვიათი დედამიწის გამოყენების ყველაზე პოპულარული სფეროა. მხოლოდ პრასეოდიმი არ არის გამორჩეული, როგორც მუდმივი მაგნიტის მასალა, მაგრამ ის არის შესანიშნავი სინერგიული ელემენტი, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს მაგნიტური თვისებები. შესაბამისი რაოდენობის პრაზეოდიმიუმის დამატებამ შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს მუდმივი მაგნიტის მასალების მოქმედება. მას ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს ანტიოქსიდანტური მოქმედება (ჰაერის კოროზიის წინააღმდეგობა) და მაგნიტების მექანიკური თვისებები და ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ელექტრონულ მოწყობილობებსა და ძრავებში.

პრასეოდიმი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასალების გასაპრიალებლად და გასაპრიალებლად. როგორც ყველამ ვიცით, სუფთა ცერიუმზე დაფუძნებული გასაპრიალებელი ფხვნილი ჩვეულებრივ ღია ყვითელია, რომელიც არის მაღალი ხარისხის გასაპრიალებელი მასალა ოპტიკური შუშისთვის და ჩაანაცვლა რკინის ოქსიდის წითელი ფხვნილი, რომელსაც აქვს დაბალი პოლირების ეფექტურობა და აბინძურებს წარმოების გარემოს. ხალხმა დაადგინა, რომ პრასეოდიმს აქვს კარგი გასაპრიალებელი თვისებები. იშვიათი დედამიწის გასაპრიალებელი ფხვნილი, რომელიც შეიცავს პრასეოდიმს, გამოჩნდება მოწითალო ყავისფერი, ასევე ცნობილი როგორც "წითელი ფხვნილი", მაგრამ ეს წითელი ფერი არ არის რკინის ოქსიდის წითელი, მაგრამ პრასეოდიმიუმის ოქსიდის არსებობის გამო იშვიათი დედამიწის გასაპრიალებელი ფხვნილის ფერი უფრო მუქი ხდება. პრასეოდიმი ასევე გამოიყენებოდა, როგორც ახალი სახეხი მასალა კორუნდის საფქვავი ბორბლების დასამზადებლად, რომლებიც შეიცავს პრაზეოდიმს. თეთრ ალუმინისთან შედარებით, ეფექტურობა და გამძლეობა შეიძლება გაუმჯობესდეს 30%-ზე მეტით ნახშირბადოვანი სტრუქტურული ფოლადის, უჟანგავი ფოლადის და მაღალტემპერატურული შენადნობების დაფქვისას. ხარჯების შემცირების მიზნით, წარსულში ხშირად იყენებდნენ პრასეოდიმიუმის ნეოდიმიუმით გამდიდრებულ მასალებს, როგორც ნედლეულს, აქედან მომდინარეობს სახელწოდება praseodymium neodymium corundum grinding wheel.

სილიკატური კრისტალები დოპირებული პრასეოდიმის იონებით გამოიყენებოდა სინათლის იმპულსების შენელებისთვის წამში რამდენიმე ასეულ მეტრამდე.

ცირკონიუმის სილიკატში პრასეოდიმის ოქსიდის დამატება გახდება ნათელი ყვითელი და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კერამიკული პიგმენტი - პრასეოდიმი ყვითელი. პრასეოდიმი ყვითელი (Zr02-Pr6Oll-Si02) ითვლება საუკეთესო ყვითელ კერამიკულ პიგმენტად, რომელიც სტაბილურად რჩება 1000 ℃-მდე და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ერთჯერადი ან ხელახალი წვის პროცესებისთვის.

Praseodymium ასევე გამოიყენება როგორც მინის საღებავები, მდიდარი ფერებით და დიდი პოტენციური ბაზრით. შესაძლებელია პრასეოდიმის მწვანე შუშის პროდუქტების დამზადება კაშკაშა პრასის მწვანე და ხახვი მწვანე ფერებით, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მწვანე ფილტრების დასამზადებლად, ასევე ხელოვნებისა და ხელნაკეთი მინისთვის. მინაზე პრაზეოდიმიუმის ოქსიდის და ცერიუმის ოქსიდის დამატება შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სათვალე შედუღებისთვის. პრასეოდიმის სულფიდი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მწვანე პლასტმასის საღებავები.