Կախարդական հազվագյուտ երկրային տարր - Պրասեոդիմում

ՊրասեոդիմումՔիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի երրորդ ամենաառատ լանտանիդ տարրն է, ընդերքում 9,5 ppm առատությամբ, միայն ավելի ցածր, քանցերիում, իտրիում,լանթան, ևսկանդիում. Այն հազվագյուտ հողերի քանակով հինգերորդ տարրն է: Բայց ինչպես նրա անունը,պրազեոդիմումհազվագյուտ հողային ընտանիքի պարզ և անզարդարված անդամ է:

CF Auer Von Welsbach-ը հայտնաբերել է պրազեոդիմիումը 1885 թվականին:

1751 թվականին շվեդ հանքաբան Ակսել Ֆրեդրիկ Կրոնշտեդը Բաստն ä-ի հանքարդյունաբերության տարածքում գտավ ծանր միներալ, որը հետագայում կոչվեց ցերիտ։ Երեսուն տարի անց տասնհինգամյա Վիլհելմ Հիսինգերը հանքի սեփականատեր ընտանիքից ուղարկեց իր նմուշները Կարլ Շելեին, բայց նա չհայտնաբերեց որևէ նոր տարր: 1803 թվականին, այն բանից հետո, երբ Սինգերը դարբին դարձավ, նա J ö ns Յակոբ Բերցելիուսի հետ վերադարձավ հանքարդյունաբերության տարածք և առանձնացրեց նոր օքսիդ՝ Ցերես գաճաճ մոլորակը, որը նրանք հայտնաբերեցին երկու տարի առաջ։ Սերիային անկախ բաժանել է Մարտին Հայնրիխ Կլապրոտը Գերմանիայում։

1839-1843 թվականներին շվեդ վիրաբույժ և քիմիկոս Կարլ Գուստաֆ Մոսանդերն հայտնաբերեց, որ.ցերիումի օքսիդօքսիդների խառնուրդ էր։ Նա առանձնացրեց երկու այլ օքսիդներ, որոնք նա անվանեց lanthana և didymia «didymia» (հունարեն նշանակում է «երկվորյակներ»): Նա մասամբ քայքայեցցերիումի նիտրատնմուշ՝ բոելով այն օդում, այնուհետև այն մշակել նոսր ազոտաթթուով՝ օքսիդ ստանալու համար: Այդ օքսիդները ձևավորող մետաղները, հետևաբար, կոչվում ենլանթանևպրազեոդիմում.

1885 թվականին ավստրիացի CF Auer Von Welsbach-ը, ով հորինել է թորիում ցերիումի գոլորշի լամպի շղարշը, հաջողությամբ առանձնացրել է «պրասեոդիմում նեոդիմը», «միացած երկվորյակները», որոնցից առանձնացվել և որոշվել է կանաչ պրազեոդիմի աղը և վարդագույն նեոդիմի աղը։ երկու նոր տարր. Մեկը կոչվում է «Praseodymium», որը գալիս է հունարեն «prason» բառից, որը նշանակում է կանաչ միացություն, քանի որ պրազեոդիմիումի աղի ջրի լուծույթը կներկայացնի վառ կանաչ գույն; Մյուս տարրը կոչվում է «Նեոդիմում«. «Միացած երկվորյակների» հաջող բաժանումը նրանց հնարավորություն տվեց ինքնուրույն դրսևորել իրենց տաղանդները։

Պրասեոդիմում մետաղ

Արծաթագույն սպիտակ մետաղ, փափուկ և ճկուն։ Պրասեոդիմը սենյակային ջերմաստիճանում ունի վեցանկյուն բյուրեղային կառուցվածք: Օդի մեջ կոռոզիոն դիմադրությունն ավելի ուժեղ է, քան լանթանը, ցերիումը, նեոդիմը և եվրոպիումը, բայց օդի ազդեցության դեպքում առաջանում է փխրուն սև օքսիդի շերտ, և մեկ սանտիմետր չափի պրազեոդիմի մետաղի նմուշը ամբողջությամբ կոռոզիայի է ենթարկվում մոտ մեկ տարվա ընթացքում:

Ինչպես շատերըհազվագյուտ հողային տարրեր, պրազեոդիմը, ամենայն հավանականությամբ, կձևավորի +3 օքսիդացման վիճակ, որը նրա միակ կայուն վիճակն է ջրային լուծույթներում։ Պրասեոդիմը գոյություն ունի +4 օքսիդացման վիճակում որոշ հայտնի պինդ միացություններում, և մատրիցային տարանջատման պայմաններում այն ​​կարող է հասնել յուրահատուկ+5 օքսիդացման վիճակի լանթանիդային տարրերի մեջ։

Ջրային պրազեոդիմի իոնը չարտրե օգտագործման է, և պրազեոդիմի շատ արդյունաբերական կիրառություններ ներառում են լույսի աղբյուրներում դեղին լույսը զտելու նրա կարողությունը:

Praseodymium 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, բայց բոլոր հինգ արտաքին էլեկտրոնների օգտագործումը պահանջում է ծայրահեղ պայմաններ: Ընդհանրապես, պրազեոդիմն իր միացություններում արձակում է միայն երեք կամ չորս էլեկտրոն: Praseodymium-ը առաջին լանթանիդի տարրն է՝ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայով, որը համապատասխանում է Aufbau սկզբունքին: Նրա 4f օրբիտալն ունի էներգիայի ավելի ցածր մակարդակ, քան 5d օրբիտալը, ինչը կիրառելի չէ լանթանի և ցերիումի համար, քանի որ 4f օրբիտալի հանկարծակի կծկումը տեղի է ունենում միայն լանթանից հետո և բավարար չէ ցերիումի 5d թաղանթը զբաղեցնելու համար: Այնուամենայնիվ, պինդ պրազեոդիմումը ցուցադրում է [Xe] 4f25d16s2 կոնֆիգուրացիա, որտեղ 5d թաղանթի մեկ էլեկտրոնը նման է բոլոր մյուս եռարժեք լանթանիդի տարրերին (բացառությամբ եվրոպիումի և իտերբիումի, որոնք երկվալենտ են մետաղական վիճակներում)։

Լանտանիդային տարրերի մեծ մասի նման, պրազեոդիմը սովորաբար օգտագործում է ընդամենը երեք էլեկտրոն որպես վալենտային էլեկտրոն, իսկ մնացած 4f էլեկտրոններն ունեն ուժեղ կապող ազդեցություն։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ 4f ուղեծիրն անցնում է էլեկտրոնի իներտ քսենոնային միջուկով՝ հասնելով միջուկին, որին հաջորդում են 5d և 6s։ , և մեծանում է իոնային լիցքի ավելացման հետ։ Այնուամենայնիվ, պրազեոդիմիումը դեռ կարող է շարունակել կորցնել չորրորդ և նույնիսկ երբեմն հինգերորդ վալենտային էլեկտրոնը, քանի որ այն հայտնվում է շատ վաղ լանթանիդի համակարգում, որտեղ միջուկային լիցքը դեռ բավական ցածր է, և 4f ենթափեղանի էներգիան բավական բարձր է, որպեսզի թույլ տա հեռացնել ավելի շատ վալենտային էլեկտրոն:

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

Praseodymium-ի կիրառում

Պրասեոդիմը հիմնականում օգտագործվում է խառը հազվագյուտ հողերի տեսքով, օրինակ՝ որպես մետաղական նյութերի, քիմիական կատալիզատորների, գյուղատնտեսական հազվագյուտ հողերի և այլնի մաքրող և փոփոխող միջոց:Praseodymium neodymiumհազվագյուտ հողային տարրերի ամենանման և դժվար առանձնացվող զույգն է, որը դժվար է առանձնացնել քիմիական մեթոդներով։ Արդյունաբերական արտադրությունը սովորաբար օգտագործում է արդյունահանման և իոնափոխանակման մեթոդներ։ Եթե ​​դրանք օգտագործվում են զույգերով հարստացված պրազեոդիմիումի նեոդիմի տեսքով, ապա դրանց ընդհանրությունը կարող է լիովին օգտագործվել, և գինը նույնպես ավելի էժան է, քան մեկ տարրի արտադրանքը:

Praseodymium neodymium խառնուրդ(պրազեոդիմում նեոդիմում մետաղ)դարձել է անկախ արտադրանք, որը կարող է օգտագործվել և՛ որպես մշտական ​​մագնիսական նյութ, և՛ որպես գունավոր մետաղների համաձուլվածքների մոդիֆիկացիոն հավելում: Նավթային ճեղքող կատալիզատորի ակտիվությունը, ընտրողականությունը և կայունությունը կարող է բարելավվել՝ ավելացնելով պրազեոդիմի նեոդիմի խտանյութ Y ցեոլիտի մոլեկուլային մաղում: Որպես պլաստիկ մոդիֆիկացիոն հավելում, պոլիտետրաֆտորէթիլենին (PTFE) պրազեոդիմումի նեոդիմի հարստացումը կարող է զգալիորեն բարելավել PTFE-ի մաշվածության դիմադրությունը:

Հազվագյուտ երկիրմշտական ​​մագնիսների նյութերն այսօր հազվագյուտ հողի կիրառման ամենատարածված դաշտն են: Միայն պրասեոդիմը աչքի չի ընկնում որպես մշտական ​​մագնիսական նյութ, բայց այն հիանալի սիներգետիկ տարր է, որը կարող է բարելավել մագնիսական հատկությունները: Պրասեոդիմիումի համապատասխան քանակի ավելացումը կարող է արդյունավետորեն բարելավել մշտական ​​մագնիսների նյութերի աշխատանքը: Այն կարող է նաև բարելավել մագնիսների հակաօքսիդանտային աշխատանքը (օդային կոռոզիոն դիմադրություն) և մեխանիկական հատկությունները և լայնորեն օգտագործվել է տարբեր էլեկտրոնային սարքերում և շարժիչներում:

Պրասեոդիմը կարող է օգտագործվել նաև նյութերը մանրացնելու և փայլեցնելու համար: Ինչպես մենք բոլորս գիտենք, մաքուր ցերիումի վրա հիմնված փայլեցնող փոշին սովորաբար բաց դեղին է, որը բարձրորակ փայլեցնող նյութ է օպտիկական ապակու համար և փոխարինել է երկաթի օքսիդի կարմիր փոշին, որն ունի փայլեցման ցածր արդյունավետություն և աղտոտում է արտադրական միջավայրը: Մարդիկ պարզել են, որ պրազեոդիմը լավ փայլեցնող հատկություն ունի։ Պրազեոդիմում պարունակող հազվագյուտ հողի փայլեցնող փոշին կհայտնվի կարմրավուն շագանակագույն, որը նաև հայտնի է որպես «կարմիր փոշի», բայց այս կարմիր գույնը երկաթի օքսիդի կարմիր չէ, բայց պրազեոդիմիումի օքսիդի առկայության պատճառով հազվագյուտ հողի փայլեցնող փոշու գույնը դառնում է ավելի մուգ: Պրասեոդիմը նաև օգտագործվել է որպես նոր հղկման նյութ՝ պրազեոդիմում պարունակող կորունդի հղկման անիվներ պատրաստելու համար: Համեմատած սպիտակ կավահողի հետ՝ արդյունավետությունն ու ամրությունը կարող են բարելավվել ավելի քան 30%-ով՝ ածխածնային կառուցվածքային պողպատը, չժանգոտվող պողպատը և բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքները մանրացնելիս: Ծախսերը նվազեցնելու համար պրազեոդիմում նեոդիմումով հարստացված նյութերը նախկինում հաճախ օգտագործվում էին որպես հումք, այստեղից էլ առաջացել է պրազեոդիմում նեոդիմում կորունդի հղկող անիվ անվանումը։

Պրազեոդիմի իոններով հագեցած սիլիկատային բյուրեղները օգտագործվել են լույսի իմպուլսները վայրկյանում մի քանի հարյուր մետր դանդաղեցնելու համար:

Ցիրկոնիումի սիլիկատին պրազեոդիմի օքսիդ ավելացնելը կդառնա վառ դեղին և կարող է օգտագործվել որպես կերամիկական պիգմենտ՝ պրազեոդիմիումի դեղին: Praseodymium դեղին (Zr02-Pr6Oll-Si02) համարվում է լավագույն դեղին կերամիկական պիգմենտը, որը կայուն է մնում մինչև 1000 ℃ և կարող է օգտագործվել մեկանգամյա կամ վերաայրվող պրոցեսների համար:

Praseodymium-ը նաև օգտագործվում է որպես ապակու ներկանյութ, հարուստ գույներով և մեծ պոտենցիալ շուկայով: Կարող են արտադրվել պրասեոդիմիումի կանաչ ապակյա արտադրանքներ վառ պրասի կանաչ և սոխակի կանաչ գույներով, որոնք կարող են օգտագործվել կանաչ ֆիլտրերի արտադրության համար, ինչպես նաև արվեստի և արհեստագործական ապակու համար: Ապակու մեջ պրազեոդիմի օքսիդ և ցերիումի օքսիդ ավելացնելը կարող է օգտագործվել որպես եռակցման ակնոցներ: Պրասեոդիմի սուլֆիդը կարող է օգտագործվել նաև որպես կանաչ պլաստիկ ներկանյութ: