Praseodymiumlà nguyên tố lanthanide phổ biến thứ ba trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, với hàm lượng 9,5 ppm trong lớp vỏ, chỉ thấp hơnxeri, yttri,lanthanum, VàScandi. Nó là nguyên tố phổ biến thứ năm trong đất hiếm. Nhưng giống như tên của anh ấy,praseodymiumlà một thành viên đơn giản và không trang trí của gia đình đất hiếm.
CF Auer Von Welsbach phát hiện ra praseodymium vào năm 1885.
Năm 1751, nhà khoáng vật học người Thụy Điển Axel Fredrik Cronstedt đã tìm thấy một loại khoáng vật nặng ở khu vực khai thác Bastn äs, sau này được đặt tên là cerite. Ba mươi năm sau, Vilhelm Hisinger mười lăm tuổi trong gia đình sở hữu mỏ đã gửi mẫu của mình cho Carl Scheele, nhưng anh không phát hiện ra bất kỳ nguyên tố mới nào. Năm 1803, sau khi Singer trở thành thợ rèn, ông quay trở lại khu vực khai thác cùng với Jö ns Jacob Berzelius và tách ra một loại oxit mới, hành tinh lùn Ceres mà họ đã phát hiện ra cách đây hai năm. Ceria được tách ra độc lập bởi Martin Heinrich Klaproth ở Đức.
Giữa năm 1839 và 1843, bác sĩ phẫu thuật và nhà hóa học người Thụy Điển Carl Gustaf Mosander đã phát hiện ra rằngxeri oxitlà hỗn hợp các oxit. Ông tách hai oxit khác mà ông gọi là lanthana và didymia “didymia” (có nghĩa là “anh em sinh đôi” trong tiếng Hy Lạp). Ông đã phân hủy một phầnxeri nitratmẫu bằng cách nung trong không khí, sau đó xử lý bằng axit nitric loãng để thu được oxit. Do đó, kim loại tạo thành các oxit này được gọi làlanthanumVàpraseodymium.
Năm 1885, CF Auer Von Welsbach, người Áo đã phát minh ra vỏ gạc đèn hơi thorium cerium, đã tách thành công “praseodymium neodymium”, “cặp song sinh dính liền”, từ đó muối praseodymium xanh và muối neodymium màu hồng được tách ra và xác định là hai yếu tố mới. Một loại được đặt tên là “Praseodymium”, xuất phát từ tiếng Hy Lạp prason, có nghĩa là hợp chất màu xanh lá cây vì dung dịch nước muối praseodymium sẽ có màu xanh lục tươi; Phần tử còn lại có tên là “Neodymium“. Việc tách thành công “cặp song sinh dính liền” đã giúp họ bộc lộ tài năng một cách độc lập.
Kim loại màu trắng bạc, mềm và dẻo. Praseodymium có cấu trúc tinh thể hình lục giác ở nhiệt độ phòng. Khả năng chống ăn mòn trong không khí mạnh hơn lanthanum, cerium, neodymium và europium, nhưng khi tiếp xúc với không khí, một lớp oxit đen mỏng manh được tạo ra và mẫu kim loại praseodymium có kích thước một cm sẽ bị ăn mòn hoàn toàn trong vòng khoảng một năm.
Giống như hầu hếtnguyên tố đất hiếm, praseodymium có nhiều khả năng hình thành trạng thái oxy hóa a+3 nhất, đây là trạng thái ổn định duy nhất của nó trong dung dịch nước. Praseodymium tồn tại ở trạng thái oxy hóa +4 trong một số hợp chất rắn đã biết và trong điều kiện tách nền, nó có thể đạt đến trạng thái oxy hóa +5 duy nhất trong số các nguyên tố lanthanide.
Ion praseodymium dạng nước là lục nhạt, và nhiều ứng dụng công nghiệp của praseodymium liên quan đến khả năng lọc ánh sáng vàng trong các nguồn sáng.
Bố cục điện tử Praseodymium
Phát thải điện tử:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
59 electron của praseodymium được sắp xếp thành [Xe] 4f36s2. Về mặt lý thuyết, tất cả năm electron bên ngoài đều có thể được sử dụng làm electron hóa trị, nhưng việc sử dụng cả năm electron bên ngoài đòi hỏi những điều kiện khắc nghiệt. Nói chung, praseodymium chỉ phát ra ba hoặc bốn electron trong hợp chất của nó. Praseodymium là nguyên tố lanthanide đầu tiên có cấu hình điện tử tuân theo nguyên lý Aufbau. Quỹ đạo 4f của nó có mức năng lượng thấp hơn quỹ đạo 5d, quỹ đạo này không áp dụng được cho lanthanum và xeri, vì sự co lại đột ngột của quỹ đạo 4f không xảy ra cho đến sau lanthanum và không đủ để tránh chiếm giữ lớp vỏ 5d trong xeri. Tuy nhiên, praseodymium rắn có cấu hình [Xe] 4f25d16s2, trong đó một electron ở lớp 5d giống với tất cả các nguyên tố lanthanide hóa trị ba khác (ngoại trừ europium và ytterbium, chúng có hóa trị hai ở trạng thái kim loại).
Giống như hầu hết các nguyên tố lanthanide, praseodymium thường chỉ sử dụng ba electron làm electron hóa trị và các electron 4f còn lại có tác dụng liên kết mạnh: điều này là do quỹ đạo 4f đi qua lõi xenon trơ của electron để đến hạt nhân, tiếp theo là 5d và 6s và tăng khi điện tích ion tăng. Tuy nhiên, praseodymium vẫn có thể tiếp tục mất electron hóa trị thứ tư và thậm chí đôi khi là electron hóa trị thứ năm, vì nó xuất hiện rất sớm trong hệ lanthanide, nơi điện tích hạt nhân vẫn đủ thấp và năng lượng dưới lớp 4f đủ cao để cho phép loại bỏ electron. nhiều electron hóa trị hơn.
Praseodymium và tất cả các nguyên tố lanthanide (trừlanthanum, ytterbiumVàluteti, không có electron 4f nào chưa ghép cặp) có tính thuận từ ở nhiệt độ phòng. Không giống như các kim loại đất hiếm khác có tính chất phản sắt từ hoặc sắt từ ở nhiệt độ thấp, praseodymium có tính thuận từ ở mọi nhiệt độ trên 1K
Ứng dụng của Praseodymium
Praseodymium chủ yếu được sử dụng ở dạng đất hiếm hỗn hợp, chẳng hạn như chất làm sạch và biến tính cho vật liệu kim loại, chất xúc tác hóa học, đất hiếm nông nghiệp, v.v.Praseodymium neodymiumlà cặp nguyên tố đất hiếm giống nhau và khó tách nhất, khó tách bằng phương pháp hóa học. Sản xuất công nghiệp thường sử dụng phương pháp chiết và trao đổi ion. Nếu chúng được sử dụng theo cặp dưới dạng praseodymium neodymium được làm giàu thì có thể phát huy hết tính phổ biến của chúng và giá thành cũng rẻ hơn so với các sản phẩm đơn chất.
Hợp kim neodymium Praseodymium(praseodymium neodymium kim loại)đã trở thành một sản phẩm độc lập, có thể được sử dụng làm vật liệu nam châm vĩnh cửu và phụ gia biến tính cho hợp kim kim loại màu. Hoạt tính, độ chọn lọc và độ ổn định của chất xúc tác Cracking dầu mỏ có thể được cải thiện bằng cách thêm praseodymium neodymium đậm đặc vào sàng phân tử zeolit Y. Là một chất phụ gia biến tính nhựa, việc bổ sung chất làm giàu praseodymium neodymium vào polytetrafluoroethylene (PTFE) có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn của PTFE.
Đất hiếmvật liệu nam châm vĩnh cửu là lĩnh vực ứng dụng đất hiếm phổ biến nhất hiện nay. Riêng Praseodymium không nổi bật như một vật liệu nam châm vĩnh cửu, nhưng nó là một yếu tố hiệp đồng tuyệt vời có thể cải thiện tính chất từ tính. Việc bổ sung một lượng praseodymium thích hợp có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu. Nó cũng có thể cải thiện hiệu suất chống oxy hóa (khả năng chống ăn mòn không khí) và tính chất cơ học của nam châm, và đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và động cơ khác nhau.
Praseodymium cũng có thể được sử dụng để mài và đánh bóng vật liệu. Như chúng ta đã biết, bột đánh bóng gốc xeri nguyên chất thường có màu vàng nhạt, là chất đánh bóng cao cấp cho kính quang học, đã thay thế bột màu đỏ oxit sắt có hiệu suất đánh bóng thấp, gây ô nhiễm môi trường sản xuất. Người ta đã phát hiện ra rằng praseodymium có đặc tính đánh bóng tốt. Bột đánh bóng đất hiếm có chứa praseodymium sẽ có màu nâu đỏ hay còn gọi là “bột đỏ”, tuy nhiên màu đỏ này không phải là đỏ oxit sắt mà do có mặt oxit praseodymium nên màu của bột đánh bóng đất hiếm trở nên đậm hơn. Praseodymium cũng đã được sử dụng làm vật liệu mài mới để chế tạo bánh mài corundum có chứa praseodymium. So với alumina trắng, hiệu quả và độ bền có thể được cải thiện hơn 30% khi mài thép kết cấu carbon, thép không gỉ và hợp kim nhiệt độ cao. Để giảm chi phí, trước đây vật liệu làm giàu praseodymium neodymium thường được sử dụng làm nguyên liệu thô, do đó có tên là đá mài praseodymium neodymium corundum.
Các tinh thể silicat pha tạp ion praseodymium đã được sử dụng để làm chậm các xung ánh sáng xuống vài trăm mét mỗi giây.
Thêm oxit praseodymium vào zirconium silicat sẽ chuyển sang màu vàng sáng và có thể được sử dụng làm chất màu gốm – màu vàng praseodymium. Praseodymium màu vàng (Zr02-Pr6Oll-Si02) được coi là chất màu gốm màu vàng tốt nhất, duy trì ổn định ở nhiệt độ lên tới 1000oC và có thể được sử dụng cho quá trình một lần hoặc đốt lại.
Praseodymium còn được dùng làm chất tạo màu thủy tinh, có màu sắc phong phú và thị trường tiềm năng lớn. Có thể sản xuất các sản phẩm thủy tinh xanh praseodymium với màu xanh lá cây tỏi tây tươi sáng và xanh hành lá, có thể được sử dụng để sản xuất bộ lọc màu xanh lá cây và cả thủy tinh nghệ thuật và thủ công. Thêm oxit praseodymium và oxit xeri vào thủy tinh có thể được sử dụng làm kính bảo hộ khi hàn. Praseodymium sulfide cũng có thể được sử dụng làm chất tạo màu nhựa xanh.
Thời gian đăng: 29-05-2023