Praseodymiumis het derde meest voorkomende lanthanide-element in het periodiek systeem van chemische elementen, met een abundantie van 9,5 ppm in de korst, slechts lager dancerium, yttrium,lanthaan, EnscandiumHet is het vijfde meest voorkomende element in zeldzame aarden. Maar net als zijn naam,praseodymiumis een eenvoudig en onversierd lid van de zeldzame aardmetalenfamilie.
CF Auer Von Welsbach ontdekte praseodymium in 1885.
In 1751 ontdekte de Zweedse mineraloog Axel Fredrik Cronstedt een zwaar mineraal in het mijngebied van Bastnäs, dat later ceriet werd genoemd. Dertig jaar later stuurde de vijftienjarige Vilhelm Hisinger, lid van de familie die de mijn bezat, zijn monsters naar Carl Scheele, maar hij ontdekte geen nieuwe elementen. In 1803, nadat Singer smid was geworden, keerde hij met Jöns Jacob Berzelius terug naar het mijngebied en scheidde een nieuw oxide af, de dwergplaneet Ceres, die ze twee jaar eerder ontdekten. Ceria werd onafhankelijk van elkaar gescheiden door Martin Heinrich Klaproth in Duitsland.
Tussen 1839 en 1843 ontdekte de Zweedse chirurg en chemicus Carl Gustaf Mosander datceriumoxidewas een mengsel van oxiden. Hij scheidde twee andere oxiden, die hij lanthana en didymia (didymia) noemde (wat 'tweeling' betekent in het Grieks). Hij ontleedde deceriumnitraatmonster door het aan de lucht te roosteren en vervolgens te behandelen met verdund salpeterzuur om het oxide te verkrijgen. De metalen die deze oxiden vormen, worden daarom "oxides" genoemd.lanthaanEnpraseodymium.
In 1885 scheidde CF Auer Von Welsbach, een Oostenrijker die de gaashoes van thorium-ceriumdamplampen uitvond, met succes het "praseodymium neodymium", de "Siamese tweeling", waaruit groen praseodymiumzout en roze neodymiumzout werden gescheiden en vastgesteld dat het twee nieuwe elementen waren. Het ene element heet "Praseodymium", afgeleid van het Griekse woord prason, wat groene verbinding betekent, omdat een oplossing van praseodymiumzout in water een heldergroene kleur zal hebben; het andere element heet "praseodymium".NeodymiumDe succesvolle scheiding van de ‘Siamese tweeling’ stelde hen in staat hun talenten onafhankelijk te tonen.
Zilverwit metaal, zacht en ductiel. Praseodymium heeft een hexagonale kristalstructuur bij kamertemperatuur. De corrosiebestendigheid in lucht is sterker dan die van lanthaan, cerium, neodymium en europium, maar bij blootstelling aan lucht ontstaat een laag broos zwart oxide, waardoor een monster praseodymium van één centimeter groot binnen ongeveer een jaar volledig corrodeert.
Zoals de meestezeldzame aardelementenPraseodymium vormt hoogstwaarschijnlijk een oxidatietoestand van +3, de enige stabiele toestand in waterige oplossingen. Praseodymium komt in een oxidatietoestand van +4 voor in sommige bekende vaste stoffen, en onder matrixscheidingsomstandigheden kan het een unieke oxidatietoestand van +5 bereiken onder lanthanide-elementen.
Het waterige praseodymiumion is geelgroen van kleur. Veel industriële toepassingen van praseodymium hebben betrekking op het filteren van geel licht in lichtbronnen.
Praseodymium elektronische lay-out
Elektronische emissies:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
De 59 elektronen van praseodymium zijn gerangschikt als [Xe] 4f36s2. Theoretisch kunnen alle vijf buitenste elektronen als valentie-elektron worden gebruikt, maar het gebruik van alle vijf buitenste elektronen vereist extreme omstandigheden. Over het algemeen zendt praseodymium slechts drie of vier elektronen uit in zijn verbindingen. Praseodymium is het eerste lanthanide-element met een elektronenconfiguratie die voldoet aan het Aufbau-principe. Zijn 4f-orbitaal heeft lagere energieniveaus dan de 5d-orbitaal, wat niet van toepassing is op lanthaan en cerium, aangezien de plotselinge samentrekking van de 4f-orbitaal pas na lanthaan plaatsvindt en niet voldoende is om te voorkomen dat de 5d-schil in cerium wordt bezet. Niettemin vertoont vast praseodymium een [Xe] 4f25d16s2-configuratie, waarbij één elektron in de 5d-schil lijkt op alle andere driewaardige lanthanide-elementen (behalve europium en ytterbium, die tweewaardig zijn in metallische toestanden).
Zoals de meeste lanthanide-elementen gebruikt praseodymium gewoonlijk slechts drie elektronen als valentie-elektron, en de resterende 4f-elektronen hebben een sterk bindend effect: dit komt doordat de 4f-baan door de inerte xenonkern van het elektron gaat om de kern te bereiken, gevolgd door 5d en 6s, en toeneemt met de toename van de ionlading. Praseodymium kan echter nog steeds het vierde en soms zelfs het vijfde valentie-elektron verliezen, omdat het al heel vroeg in het lanthanidesysteem verschijnt, waar de kernlading nog laag genoeg is en de 4f-subschilenergie hoog genoeg is om de verwijdering van meer valentie-elektronen mogelijk te maken.
Praseodymium en alle lanthanide-elementen (behalvelanthaan, ytterbiumEnlutetium(er zijn geen ongepaarde 4f-elektronen) zijn paramagnetisch bij kamertemperatuur. In tegenstelling tot andere zeldzame aardmetalen die antiferromagnetische of ferromagnetische ordening vertonen bij lage temperaturen, is praseodymium paramagnetisch bij alle temperaturen boven 1K.
Toepassing van Praseodymium
Praseodymium wordt vooral gebruikt in de vorm van gemengde zeldzame aarden, bijvoorbeeld als zuiverend en modificerend middel voor metalen materialen, chemische katalysatoren, zeldzame aarden in de landbouw, enzovoort.Praseodymium neodymiumHet is het meest gelijkende en moeilijk te scheiden paar zeldzame aardmetalen, dat moeilijk te scheiden is met chemische methoden. Industriële productie maakt meestal gebruik van extractie- en ionenwisselingsmethoden. Als ze in paren worden gebruikt in de vorm van verrijkt praseodymium-neodymium, kan hun gemeenschappelijkheid volledig worden benut en is de prijs ook lager dan die van producten met één element.
Praseodymium neodymium legering(praseodymium neodymium metaal)is een onafhankelijk product geworden dat zowel kan worden gebruikt als permanent magneetmateriaal als modificatieadditief voor non-ferrometaallegeringen. De activiteit, selectiviteit en stabiliteit van petroleumkraakkatalysatoren kunnen worden verbeterd door praseodymium-neodymiumconcentraat toe te voegen aan Y-zeoliet moleculaire zeef. Als additief voor kunststofmodificatie kan het toevoegen van praseodymium-neodymiumverrijking aan polytetrafluorethyleen (PTFE) de slijtvastheid van PTFE aanzienlijk verbeteren.
Zeldzame aardePermanente magneetmaterialen zijn tegenwoordig de populairste toepassingen voor zeldzame aardmetalen. Praseodymium alleen is niet uitstekend als permanent magneetmateriaal, maar het is een uitstekend synergetisch element dat de magnetische eigenschappen kan verbeteren. Het toevoegen van een geschikte hoeveelheid praseodymium kan de prestaties van permanente magneetmaterialen effectief verbeteren. Het kan ook de antioxidatieve werking (luchtcorrosiebestendigheid) en mechanische eigenschappen van magneten verbeteren, en wordt veel gebruikt in diverse elektronische apparaten en motoren.
Praseodymium kan ook worden gebruikt voor het slijpen en polijsten van materialen. Zoals we allemaal weten, is polijstpoeder op basis van puur cerium meestal lichtgeel. Dit is een hoogwaardig polijstmateriaal voor optisch glas en heeft het rode ijzeroxidepoeder vervangen, dat een lage polijstefficiëntie heeft en de productieomgeving vervuilt. Praseodymium heeft goede polijsteigenschappen. Polijstpoeder van zeldzame aardmetalen dat praseodymium bevat, ziet er roodbruin uit, ook wel "rood poeder" genoemd. Deze rode kleur is echter niet ijzeroxiderood, maar door de aanwezigheid van praseodymiumoxide wordt de kleur van het polijstpoeder van zeldzame aardmetalen donkerder. Praseodymium is ook gebruikt als nieuw slijpmateriaal voor de productie van korundslijpschijven die praseodymium bevatten. Vergeleken met wit aluminiumoxide kunnen de efficiëntie en duurzaamheid met meer dan 30% worden verbeterd bij het slijpen van constructiestaal van koolstofstaal, roestvrij staal en hittebestendige legeringen. Om kosten te besparen werd vroeger vaak gebruik gemaakt van praseodymium-neodymium verrijkte materialen als grondstof, vandaar de naam praseodymium-neodymium-korund slijpschijf.
Met praseodymiumionen gedoteerde silicaatkristallen worden gebruikt om lichtpulsen te vertragen tot enkele honderden meters per seconde.
Door praseodymiumoxide toe te voegen aan zirkoonsilicaat wordt het heldergeel en kan het gebruikt worden als keramisch pigment – praseodymiumgeel. Praseodymiumgeel (ZrO2-Pr6Oll-SiO2) wordt beschouwd als het beste gele keramische pigment, dat stabiel blijft tot 1000 °C en kan worden gebruikt voor eenmalige of herhaalde verbrandingsprocessen.
Praseodymium wordt ook gebruikt als glaskleurstof, met rijke kleuren en een grote potentiële markt. Er kunnen praseodymiumgroene glasproducten worden geproduceerd met heldere preigroene en lente-uigroene kleuren, die kunnen worden gebruikt voor de productie van groene filters en voor kunst- en ambachtsglas. Door praseodymiumoxide en ceriumoxide aan het glas toe te voegen, kan het worden gebruikt als lasbril. Praseodymiumsulfide kan ook worden gebruikt als groene kunststofkleurstof.
Geplaatst op: 29 mei 2023