Կախարդական հազվագյուտ երկրի տարր՝ պրազեոդիմ

Պրազեոդիմիումքիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակում լանթանիդների երրորդ ամենատարածված տարրն է՝ երկրակեղևում 9.5 ppm առատությամբ, որը միայն ցածր է, քանցերիում, իտրիում,լանթան, ևսկանդիումԱյն հազվագյուտ հողերի մեջ հինգերորդ ամենատարածված տարրն է։ Բայց ինչպես իր անունը,պրազեոդիմիումհազվագյուտ հողային աստղերի ընտանիքի պարզ և անզարդ անդամ է։

Ք.Ֆ. Աուեր ֆոն Վելսբախը պրազեոդիմը հայտնաբերել է 1885 թվականին։

1751 թվականին շվեդ հանքաբան Ակսել Ֆրեդրիկ Կրոնշտեդտը Բաստն Ա-ի հանքարդյունաբերական տարածքում հայտնաբերեց ծանր հանքանյութ, որը հետագայում անվանվեց ցերիտ: Երեսուն տարի անց հանքի սեփականատեր ընտանիքից տասնհինգամյա Վիլհելմ Հիզինգերը իր նմուշները ուղարկեց Կառլ Շիլեին, բայց նա որևէ նոր տարր չհայտնաբերեց: 1803 թվականին, երբ Զինգերը դարձավ դարբին, նա վերադարձավ հանքարդյունաբերական տարածք Յոնս Յակոբ Բերզելիուսի հետ և առանձնացրեց նոր օքսիդ՝ գաճաճ մոլորակ Ցերերան, որը նրանք հայտնաբերեցին երկու տարի առաջ: Ցերիան անկախ առանձնացվեց Մարտին Հենրիխ Կլապրոտի կողմից Գերմանիայում:

1839-1843 թվականների միջև շվեդ վիրաբույժ և քիմիկոս Կարլ Գուստաֆ Մոսանդերը հայտնաբերեց, որցերիումի օքսիդօքսիդների խառնուրդ էր։ Նա առանձնացրեց երկու այլ օքսիդներ, որոնք անվանեց լանթանա և դիդիմիա։ «դիդիմիա» (հունարենից թարգմանաբար նշանակում է «երկվորյակներ»)։ Նա մասամբ քայքայեցցերիումի նիտրատնմուշը օդում տապակելով, ապա այն մշակել նոսր ազոտական ​​թթվով՝ օքսիդ ստանալու համար։ Հետևաբար, այդ օքսիդները առաջացնող մետաղները կոչվում ենլանթանևպրազեոդիմիում.

1885 թվականին ավստրիացի Կ.Ֆ. Աուեր ֆոն Վելսբախը, որը հորինել էր թորիումի ցերիումի գոլորշու լամպի շղարշե ծածկը, հաջողությամբ առանձնացրել է «պրազեոդիմիում նեոդիմիումը»՝ «միացված երկվորյակներին», որոնցից առանձնացվել են կանաչ պրազեոդիմիումի աղը և վարդագույն նեոդիմիումի աղը, և որոշվել է, որ դրանք երկու նոր տարրեր են։ Մեկը կոչվում է «պրազեոդիմիում», որը ծագում է հունարեն prason բառից, որը նշանակում է կանաչ միացություն, քանի որ պրազեոդիմի աղաջրի լուծույթը կունենա վառ կանաչ գույն։ Մյուս տարրը կոչվում է «Նեոդիմ«Սիամական երկվորյակների» հաջող բաժանումը հնարավորություն տվեց նրանց անկախ կերպով դրսևորել իրենց տաղանդները։

Պրազեոդիմիում մետաղ

Արծաթափայլ սպիտակ մետաղ, փափուկ և ճկուն: Պրազեոդիմիումը սենյակային ջերմաստիճանում ունի վեցանկյուն բյուրեղային կառուցվածք: Օդում կոռոզիոն դիմադրությունն ավելի ուժեղ է, քան լանթանին, ցերիումին, նեոդիմիումին և եվրոպիումինը, բայց օդի հետ շփման ժամանակ առաջանում է փխրուն սև օքսիդի շերտ, և մեկ սանտիմետր չափի պրազեոդիմիում մետաղական նմուշը մոտ մեկ տարվա ընթացքում ամբողջությամբ կոռոզիայի է ենթարկվում:

Ինչպես մեծ մասըհազվագյուտ հողային տարրեր, պրազեոդիմիումը, ամենայն հավանականությամբ, կձևավորի +3 օքսիդացման վիճակ, որը նրա միակ կայուն վիճակն է ջրային լուծույթներում: Պրազեոդիմը որոշ հայտնի պինդ միացություններում գոյություն ունի +4 օքսիդացման վիճակում, և մատրիցային բաժանման պայմաններում այն ​​կարող է հասնել լանթանիդային տարրերի մեջ եզակի +5 օքսիդացման վիճակի:

Ջրային պրազեոդիմիումի իոնը շարտրեզ է, և պրազեոդիմի շատ արդյունաբերական կիրառություններ կապված են լույսի աղբյուրներում դեղին լույսը զտելու դրա ունակության հետ։

Պրազեոդիմիումի էլեկտրոնային դասավորություն

Էլեկտրոնային արտանետումներ.

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

Պրազեոդիմի 59 էլեկտրոնները դասավորված են որպես [Xe] 4f36s2: Տեսականորեն, բոլոր հինգ արտաքին էլեկտրոնները կարող են օգտագործվել որպես վալենտային էլեկտրոն, սակայն բոլոր հինգ արտաքին էլեկտրոնների օգտագործումը պահանջում է ծայրահեղ պայմաններ: Ընդհանուր առմամբ, պրազեոդիմիումը իր միացություններում արձակում է միայն երեք կամ չորս էլեկտրոն: Պրազեոդիմիումը առաջին լանթանիդային տարրն է, որի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան համապատասխանում է Աուֆբաուի սկզբունքին: Դրա 4f օրբիտալն ունի ավելի ցածր էներգիայի մակարդակներ, քան 5d օրբիտալը, որը կիրառելի չէ լանթանի և ցերիումի համար, քանի որ 4f օրբիտալի հանկարծակի կծկումը տեղի է ունենում միայն լանթանից հետո և բավարար չէ ցերիումի 5d թաղանթը չզբաղեցնելու համար: Այնուամենայնիվ, պինդ պրազեոդիմիումը ցուցաբերում է [Xe] 4f25d16s2 կոնֆիգուրացիա, որտեղ 5d թաղանթի մեկ էլեկտրոնը նման է մյուս բոլոր եռարժեք լանթանիդային տարրերին (բացառությամբ եվրոպիումի և իտերբիումի, որոնք երկարժեք են մետաղական վիճակներում):

Ինչպես լանթանիդային տարրերի մեծ մասը, պրազեոդիմիումը սովորաբար օգտագործում է միայն երեք էլեկտրոն որպես վալենտային էլեկտրոն, իսկ մնացած 4f էլեկտրոններն ունեն ուժեղ կապող ազդեցություն. դա պայմանավորված է նրանով, որ 4f ուղեծիրը անցնում է էլեկտրոնի իներտ քսենոնային միջուկով՝ հասնելով միջուկին, որին հաջորդում են 5d և 6s ուղեծիրները, և մեծանում է իոնային լիցքի աճին զուգընթաց։ Այնուամենայնիվ, պրազեոդիմիումը կարող է շարունակել կորցնել չորրորդ և նույնիսկ երբեմն հինգերորդ վալենտային էլեկտրոնը, քանի որ այն ի հայտ է գալիս լանթանիդային համակարգում շատ վաղ փուլում, որտեղ միջուկային լիցքը դեռևս բավականին ցածր է, իսկ 4f ենթաշերտի էներգիան բավականաչափ բարձր է՝ թույլ տալու համար ավելի շատ վալենտային էլեկտրոն հեռացնել։

Պրազեոդիում և բոլոր լանթանիդային տարրերը (բացառությամբլանթան, իտերբիումևլյուտեցիում, չկան չզույգված 4f էլեկտրոններ) պարամագնիսականություն են սենյակային ջերմաստիճանում: Ի տարբերություն այլ հազվագյուտ հողային մետաղների, որոնք ցածր ջերմաստիճաններում ցուցաբերում են հակաֆերոմագնիսական կամ ֆերոմագնիսական կարգավորվածություն, պրազեոդիմը պարամագնիսականություն է ցուցաբերում 1K-ից բարձր բոլոր ջերմաստիճաններում:

Պրազեոդիմի կիրառումը

Պրազեոդիումը հիմնականում օգտագործվում է խառը հազվագյուտ հողային միացությունների տեսքով, ինչպիսիք են մետաղական նյութերի մաքրող և փոփոխող միջոցը, քիմիական կատալիզատորները, գյուղատնտեսական հազվագյուտ հողային միացությունները և այլն:Պրազեոդիմիում նեոդիմիումՀազվագյուտ հողային տարրերի ամենանման և դժվար բաժանվող զույգն է, որը դժվար է բաժանել քիմիական մեթոդներով: Արդյունաբերական արտադրությունը սովորաբար օգտագործում է արդյունահանման և իոնային փոխանակման մեթոդներ: Եթե դրանք օգտագործվում են զույգերով՝ հարստացված պրազեոդիմիում նեոդիմի տեսքով, դրանց ընդհանրությունը կարող է լիովին օգտագործվել, և գինը նաև ավելի էժան է, քան մեկ տարր պարունակող արտադրանքը:

Պրազեոդիմիումի նեոդիմիումի համաձուլվածք(պրազեոդիմիում նեոդիմիում մետաղ)դարձել է անկախ արտադրանք, որը կարող է օգտագործվել որպես մշտական ​​մագնիսական նյութ և գունավոր մետաղների համաձուլվածքների մոդիֆիկացման հավելանյութ: Նավթի կրեկինգի կատալիզատորի ակտիվությունը, ընտրողականությունը և կայունությունը կարող են բարելավվել՝ Y զեոլիտի մոլեկուլային մաղի մեջ պրազեոդիմիումի նեոդիմիումի կոնցենտրատ ավելացնելով: Որպես պլաստիկի մոդիֆիկացման հավելանյութ, պոլիտետրաֆտորէթիլենին (PTFE) հարստացված պրազեոդիմիումի նեոդիմիում ավելացնելը կարող է զգալիորեն բարելավել PTFE-ի մաշվածության դիմադրությունը:

Հազվագյուտ հողՄշտական ​​մագնիսական նյութերը այսօր հազվագյուտ հողային միացությունների կիրառման ամենատարածված ոլորտն են: Պրազեոդիմիումը որպես մշտական ​​մագնիսական նյութ առանձնահատուկ չէ, բայց այն գերազանց սիներգետիկ տարր է, որը կարող է բարելավել մագնիսական հատկությունները: Համապատասխան քանակությամբ պրազեոդիմիումի ավելացումը կարող է արդյունավետորեն բարելավել մշտական ​​մագնիսական նյութերի աշխատանքը: Այն կարող է նաև բարելավել մագնիսների հակաօքսիդանտային աշխատանքը (օդային կոռոզիոն դիմադրությունը) և մեխանիկական հատկությունները, և լայնորեն օգտագործվել է տարբեր էլեկտրոնային սարքերում և շարժիչներում:

Պրազեոդիմը կարող է նաև օգտագործվել նյութերը հղկելու և հղկելու համար: Ինչպես բոլորս գիտենք, մաքուր ցերիումի վրա հիմնված հղկման փոշին սովորաբար բաց դեղին է, որը բարձրորակ հղկման նյութ է օպտիկական ապակու համար և փոխարինել է երկաթի օքսիդի կարմիր փոշուն, որն ունի ցածր հղկման արդյունավետություն և աղտոտում է արտադրական միջավայրը: Մարդիկ հայտնաբերել են, որ պրազեոդիմը լավ հղկման հատկություններ ունի: Պրազեոդիմիում պարունակող հղկման փոշին կունենա կարմրաշագանակագույն երանգ, որը հայտնի է նաև որպես «կարմիր փոշի», բայց այս կարմիր գույնը երկաթի օքսիդի կարմիր չէ, բայց պրազեոդիմի օքսիդի առկայության պատճառով հղկման փոշու գույնը դառնում է ավելի մուգ: Պրազեոդիմը նաև օգտագործվել է որպես նոր հղկման նյութ՝ պրազեոդիմիում պարունակող կորունդային հղկման անիվներ պատրաստելու համար: Համեմատած սպիտակ ալյումինի հետ, արդյունավետությունը և դիմացկունությունը կարող են բարելավվել ավելի քան 30%-ով՝ ածխածնային կառուցվածքային պողպատ, չժանգոտվող պողպատ և բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքներ հղկելիս: Ծախսերը նվազեցնելու համար պրազեոդիմիումով նեոդիմիումով հարստացված նյութերը անցյալում հաճախ օգտագործվել են որպես հումք, այստեղից էլ՝ պրազեոդիմիումով նեոդիմիումային կորունդային հղկման անիվ անվանումը:

Պրազեոդիմիումի իոններով լեգիրված սիլիկատային բյուրեղները օգտագործվել են լույսի իմպուլսները վայրկյանում մի քանի հարյուր մետր դանդաղեցնելու համար։

Ցիրկոնիումի սիլիկատին պրազեոդիմիումի օքսիդ ավելացնելը այն կդարձնի վառ դեղին և կարող է օգտագործվել որպես կերամիկական գունանյութ՝ պրազեոդիմիումի դեղին: Պրազեոդիմիումի դեղինը (Zr02-Pr6Oll-Si02) համարվում է լավագույն դեղին կերամիկական գունանյութը, որը կայուն է մնում մինչև 1000 ℃ ջերմաստիճանում և կարող է օգտագործվել միանգամյա կամ վերայրման գործընթացների համար:

Պրազեոդիմիումը նաև օգտագործվում է որպես ապակու ներկանյութ՝ հարուստ գույներով և մեծ պոտենցիալ շուկայական արժեքով: Կարելի է արտադրել պրազեոդիմիումային կանաչ ապակե արտադրանք՝ վառ պրասի կանաչ և կանաչ կանաչ գույներով, որոնք կարող են օգտագործվել կանաչ ֆիլտրեր արտադրելու, ինչպես նաև արվեստի և արհեստների ապակու համար: Պրազեոդիմիումի օքսիդի և ցերիումի օքսիդի ավելացումը ապակու վրա կարող է օգտագործվել որպես եռակցման համար նախատեսված պաշտպանիչներ: Պրազեոդիմիումի սուլֆիդը կարող է նաև օգտագործվել որպես կանաչ պլաստիկի ներկանյութ: