Praseodyymion kolmanneksi yleisin lantanidialkuaine jaksollisessa kemiallisessa järjestelmässä, ja sen pitoisuus kuoressa on 9,5 ppm, mikä on vain vähemmän kuincerium, yttrium,lantaani, jaskandiumSe on viidenneksi yleisin alkuaine harvinaisista maametalleista. Mutta aivan kuten hänen nimensäkin,praseodyymion yksinkertainen ja koristamaton harvinaisten maametallien perheen jäsen.
C. F. Auer von Welsbach löysi praseodyymin vuonna 1885.
Vuonna 1751 ruotsalainen mineralogi Axel Fredrik Cronstedt löysi Bastn äsin kaivosalueelta raskaan mineraalin, joka myöhemmin nimettiin seriitiksi. Kolmekymmentä vuotta myöhemmin viisitoistavuotias Vilhelm Hisinger kaivoksen omistaneesta perheestä lähetti näytteensä Carl Scheelelle, mutta hän ei löytänyt uusia alkuaineita. Vuonna 1803, Singeristä tultuaan seppä, hän palasi kaivosalueelle J ö ns Jacob Berzeliuksen kanssa ja erotti uuden oksidin, kääpiöplaneetta Ceresin, jonka he löysivät kaksi vuotta sitten. Cerian erotti itsenäisesti Martin Heinrich Klaproth Saksassa.
Ruotsalainen kirurgi ja kemisti Carl Gustaf Mosander havaitsi vuosien 1839 ja 1843 välillä, ettäceriumoksidioli oksidien seos. Hän erotti kaksi muuta oksidia, joita hän kutsui lantaaniksi ja didymiaksi ”didymiaksi” (kreikaksi ”kaksoset”). Hän hajotti osittainceriumnitraattinäytettä paahtamalla sitä ilmassa ja käsittelemällä sitä sitten laimealla typpihapolla oksidin saamiseksi. Näitä oksideja muodostavat metallit on siksi nimettylantaanijapraseodyymi.
Vuonna 1885 itävaltalainen C. F. Auer Von Welsbach, joka keksi torium-cerium-höyrylampun harsosuojuksen, erotti onnistuneesti praseodyymi-neodyymin eli "siamilaiset kaksoset", joista vihreä praseodyymisuola ja ruusunpunainen neodyymisuola erotettiin ja määritettiin kahdeksi uudeksi alkuaineeksi. Toinen alkuaine on nimeltään "praseodyymi", joka tulee kreikan sanasta prason, joka tarkoittaa vihreää yhdistettä, koska praseodyymisuolavesiliuos antaa kirkkaan vihreän värin. Toinen alkuaine on nimeltään "Neodyymi". Yhdistettyjen kaksosten" onnistunut erottaminen mahdollisti heille kykyjensä itsenäisen esittelyn.
Hopeanvalkoinen metalli, pehmeä ja sitkeä. Praseodyymillä on kuusikulmainen kiderakenne huoneenlämmössä. Sen korroosionkestävyys ilmassa on parempi kuin lantaanilla, ceriumilla, neodyymillä ja europiumilla, mutta ilmalle altistuessaan muodostuu hauras musta oksidikerros, ja senttimetrin kokoinen praseodyymimetallinäyte korrodoituu kokonaan noin vuodessa.
Kuten useimmatharvinaisten maametallienPraseodyymi todennäköisimmin muodostaa +3-hapetusasteen, joka on sen ainoa stabiili tila vesiliuoksissa. Praseodyymi esiintyy joissakin tunnetuissa kiinteissä yhdisteissä +4-hapetusasteessa, ja matriisierotusolosuhteissa se voi saavuttaa ainutlaatuisen +5-hapetusasteen lantanidialkuaineiden joukossa.
Vesipitoinen praseodyymi-ioni on chartreuse-liuosta, ja praseodyymin moniin teollisiin käyttötarkoituksiin liittyy sen kyky suodattaa keltaista valoa valonlähteissä.
Praseodyymin elektroninen asettelu
Elektroniset päästöt:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Praseodyymin 59 elektronia ovat järjestäytyneet muotoon [Xe]₆⁴f⁴⁶s⁷. Teoriassa kaikkia viittä ulompaa elektronia voidaan käyttää valenssielektroneina, mutta kaikkien viiden ulomman elektronin käyttö vaatii äärimmäisiä olosuhteita. Yleensä praseodyymi emittoi yhdisteissään vain kolme tai neljä elektronia. Praseodyymi on ensimmäinen lantanidialkuaine, jonka elektroninen konfiguraatio on Aufbau-periaatteen mukainen. Sen 4f-orbitaalilla on alhaisemmat energiatasot kuin 5d-orbitaalilla, mikä ei päde lantaaniin ja ceriumiin, koska 4f-orbitaalin äkillinen supistuminen tapahtuu vasta lantaanin jälkeen eikä se riitä välttämään 5d-kuoren täyttymistä ceriumissa. Kiinteällä praseodyymillä on kuitenkin [Xe]⁴f⁶d⁴⁶s⁶s⁷-konfiguraatio, jossa yksi elektroni 5d-kuorella muistuttaa kaikkia muita kolmiarvoisia lantanidialkuaineita (paitsi europiumia ja ytterbiumia, jotka ovat kaksiarvoisia metallisissa olomuodoissa).
Kuten useimmat lantanidialkuaineet, praseodyymi käyttää yleensä vain kolmea elektronia valenssielektroneina, ja jäljellä olevilla 4f-elektroneilla on voimakas sitoutumisvaikutus: tämä johtuu siitä, että 4f-kiertorata kulkee elektronin inertin ksenonytimen läpi saavuttaakseen ytimen, jota seuraavat 5d ja 6s, ja kasvaa ionivarauksen kasvaessa. Praseodyymi voi kuitenkin edelleen menettää neljännen ja joskus jopa viidennen valenssielektronin, koska se ilmestyy hyvin varhain lantanidijärjestelmässä, jossa ytimen varaus on vielä riittävän alhainen ja 4f-alikuoren energia on riittävän korkea, jotta valenssielektroneja voidaan poistaa enemmän.
Praseodyymi ja kaikki lantanidialkuaineet (paitsilantaani, ytterbiumjalutetium, ei ole parittomia 4f-elektroneja) ovat paramagnetistisia huoneenlämmössä. Toisin kuin muut harvinaiset maametallit, jotka osoittavat antiferromagneettista tai ferromagneettista järjestäytymistä matalissa lämpötiloissa, praseodyymi on paramagnetistinen kaikissa yli 1 K:n lämpötiloissa.
Praseodyymin käyttö
Praseodyymiä käytetään enimmäkseen sekoitettujen harvinaisten maametallien muodossa, kuten puhdistus- ja modifiointiaineena metallimateriaaleille, kemiallisille katalyyteille, maatalouden harvinaisille maametalleille ja niin edelleen.Praseodyymi neodyymion samankaltaisin ja vaikeimmin erotettavissa oleva harvinaisten maametallien pari, jota on vaikea erottaa kemiallisilla menetelmillä. Teollisessa tuotannossa käytetään yleensä uutto- ja ioninvaihtomenetelmiä. Jos niitä käytetään pareittain rikastetun praseodyymi-neodyymin muodossa, niiden yhteiset ominaisuudet voidaan hyödyntää täysimääräisesti, ja hinta on myös halvempi kuin yksittäisten alkuaineiden tuotteilla.
Praseodyymi-neodyymiseos(praseodyymi (neodyymimetalli)on itsenäinen tuote, jota voidaan käyttää sekä kestomagneettimateriaalina että modifiointilisäaineena ei-rautametalliseoksille. Öljykrakkauskatalyytin aktiivisuutta, selektiivisyyttä ja stabiilisuutta voidaan parantaa lisäämällä praseodyymineodyymikonsentraattia Y-zeoliittimolekyyliseulaan. Muovinmodifiointilisäaineena praseodyymineodyymirikastuksen lisääminen polytetrafluorieteeniin (PTFE) voi parantaa merkittävästi PTFE:n kulutuskestävyyttä.
Harvinaiset maametallitKestomagneettimateriaalit ovat nykyään suosituin harvinaisten maametallien sovellusalue. Praseodyymi yksinään ei ole erinomainen kestomagneettimateriaali, mutta se on erinomainen synergistinen elementti, joka voi parantaa magneettisia ominaisuuksia. Sopivan määrän praseodyymiä lisääminen voi tehokkaasti parantaa kestomagneettimateriaalien suorituskykyä. Se voi myös parantaa magneettien antioksidanttista suorituskykyä (ilman korroosionkestävyys) ja mekaanisia ominaisuuksia, ja sitä on käytetty laajalti erilaisissa elektronisissa laitteissa ja moottoreissa.
Praseodyymiä voidaan käyttää myös materiaalien hiomiseen ja kiillotukseen. Kuten tiedämme, puhdas ceriumpohjainen kiillotusjauhe on yleensä vaaleankeltaista. Se on korkealaatuinen kiillotusmateriaali optiselle lasille ja on korvannut punaisen rautaoksidijauheen, jolla on alhainen kiillotusteho ja joka saastuttaa tuotantoympäristöä. Ihmiset ovat havainneet, että praseodyymillä on hyvät kiillotusominaisuudet. Praseodyymiä sisältävä harvinaisten maametallien kiillotusjauhe näyttää punertavanruskealta, joka tunnetaan myös nimellä "punainen jauhe", mutta tämä punainen väri ei ole rautaoksidipunaista, vaan praseodyymioksidin läsnäolon vuoksi harvinaisten maametallien kiillotusjauheen väri tummenee. Praseodyymiä on käytetty myös uutena hiomamateriaalina praseodyymiä sisältävien korundihiomalaikkojen valmistukseen. Valkoiseen alumiinioksidiin verrattuna tehokkuutta ja kestävyyttä voidaan parantaa yli 30 % hiottaessa hiilirakenteista terästä, ruostumatonta terästä ja korkean lämpötilan seoksia. Kustannusten vähentämiseksi raaka-aineina käytettiin aiemmin usein praseodyymillä ja neodyymillä rikastettuja materiaaleja, mistä johtuu nimi praseodyymi-neodyymi-korundihiomalaikka.
Praseodyymi-ioneilla seostettuja silikaattikiteitä on käytetty hidastamaan valopulsseja useisiin satoihin metreihin sekunnissa.
Praseodyymioksidin lisääminen zirkoniumsilikaattiin muuttaa sen värin kirkkaan keltaiseksi ja sitä voidaan käyttää keraamisena pigmenttinä – praseodyymikeltaisena. Praseodyymikeltaista (Zr02-Pr6Oll-Si02) pidetään parhaana keltaisena keraamisena pigmenttinä, joka pysyy vakaana jopa 1000 ℃:ssa ja jota voidaan käyttää kertakäyttöisissä tai uudelleenpolttoprosesseissa.
Praseodyymiä käytetään myös lasin väriaineena, jolla on täyteläiset värit ja suuri potentiaalinen markkina-alue. Praseodyymistä voidaan valmistaa kirkkaan purjon ja kevätsipulin vihreitä lasituotteita, joita voidaan käyttää vihreiden suodattimien valmistukseen ja myös askartelulasin valmistukseen. Lisäämällä praseodyymioksidia ja ceriumoksidia lasiin voidaan käyttää suojalaseina hitsauksessa. Praseodyymisulfidia voidaan käyttää myös vihreänä muovin väriaineena.
Julkaisun aika: 29.5.2023