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, ytri,lanthanum, Vàscandi. Đây là nguyên tố phổ biến thứ năm trong các loại đất hiếm. Nhưng giống như tên của nó,praseodymiumlà một thành viên đơn giản và không có gì nổi bật của họ 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 chất nặng trong khu vực khai thác Bastn äs, sau này được đặt tên là cerite. Ba mươi năm sau, Vilhelm Hisinger mười lăm tuổi thuộc 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, anh trở lại khu vực khai thác cùng với Jö ns Jacob Berzelius và tách ra một oxit mới, hành tinh lùn Ceres, mà họ đã phát hiện ra hai năm trước. Ceria được Martin Heinrich Klaproth tách ra một cách độc lập tại Đức.
Từ năm 1839 đến năm 1843, bác sĩ phẫu thuật và nhà hóa học người Thụy Điển Carl Gustaf Mosander đã phát hiện ra rằngoxit xerilà hỗn hợp các oxit. Ông đã tách hai oxit khác, mà ông gọi là lanthana và didymia “didymia” (có nghĩa là “sinh đôi” trong tiếng Hy Lạp). Ông đã phân hủy một phầnxeri nitratmẫu bằng cách rang nó trong không khí, sau đó xử lý nó bằng axit nitric loãng để thu được oxit. Các kim loại tạo thành các oxit này do đó được gọi làlanthanumVàpraseodymium.
Năm 1885, CF Auer Von Welsbach, một người Áo đã phát minh ra lớp phủ lưới 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 nguyên tố mới. Một nguyên tố được đặt tên là “Praseodymium”, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp prason, có nghĩa là hợp chất màu xanh lá cây vì dung dịch nước muối praseodymium sẽ cho màu xanh lá cây tươi sáng; Nguyên tố còn lại được đặt tên là “Neodymium“. Việc tách thành công “cặp song sinh dính liền” đã giúp họ có thể thể hiện tài năng của mình một cách độc lập.
Kim loại màu trắng bạc, mềm và dễ uốn. Praseodymium có cấu trúc tinh thể lục giác ở nhiệt độ phòng. Khả năng chống ăn mòn trong không khí mạnh hơn lanthanum, xeri, neodymium và europium, nhưng khi tiếp xúc với không khí, một lớp oxit đen dễ vỡ được tạo ra và một mẫu kim loại praseodymium có kích thước một cm bị ăn mòn hoàn toàn trong vòng khoảng một năm.
Giống như hầu hếtnguyên tố đất hiếm, praseodymium có nhiều khả năng tạo thành trạng thái ôxi hóa a+3, đây là trạng thái ổn định duy nhất của nó trong dung dịch nước. Praseodymium tồn tại ở trạng thái ôxi hóa a+4 trong một số hợp chất rắn đã biết và trong điều kiện tách ma trận, nó có thể đạt đến trạng thái ôxi hóa +5 duy nhất trong số các nguyên tố lanthanide.
Ion praseodymium trong nước có màu vàng chanh, và nhiều ứng dụng trong 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, cả năm electron ngoài cùng đều có thể được sử dụng làm electron hóa trị, nhưng việc sử dụng cả năm electron ngoài cùng đòi hỏi các điều kiện khắc nghiệt. Nhìn chung, praseodymium chỉ phát ra ba hoặc bốn electron trong các hợp chất của nó. Praseodymium là nguyên tố lanthanide đầu tiên có cấu hình electron tuân theo nguyên lý Aufbau. Quỹ đạo 4f của nó có mức năng lượng thấp hơn quỹ đạo 5d, điều này không áp dụng 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 lớp vỏ 5d trong xeri. Tuy nhiên, praseodymium rắn thể hiện cấu hình [Xe] 4f25d16s2, trong đó một electron trong lớp vỏ 5d giống với tất cả các nguyên tố lanthanide hóa trị ba khác (trừ europium và ytterbium, có hóa trị hai ở trạng thái kim loại).
Giống như hầu hết các nguyên tố nhóm lanthanide, praseodymium thường chỉ sử dụng ba electron làm electron hóa trị, và các electron 4f còn lại có hiệu ứng 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 lên 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 thống nhóm lanthanide, nơi điện tích hạt nhân vẫn đủ thấp và năng lượng phân lớp 4f đủ cao để cho phép loại bỏ nhiều electron hóa trị hơn.
Praseodymium và tất cả các nguyên tố lanthanide (trừlanthanum, ytterbiVàlutetium, không có electron 4f không ghép đôi) là thuận từ ở nhiệt độ phòng. Không giống như các kim loại đất hiếm khác thể hiện trật tự phản sắt từ hoặc sắt từ ở nhiệt độ thấp, praseodymium là thuận từ ở mọi nhiệt độ trên 1K
Ứng dụng của Praseodymium
Praseodymium chủ yếu được sử dụng dưới dạng hỗn hợp đất hiếm, 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 xuất và trao đổi ion. Nếu chúng được sử dụng theo cặp dưới dạng praseodymium neodymium làm giàu, tính phổ biến của chúng có thể được tận dụng hoàn toàn và giá thành cũng rẻ hơn so với các sản phẩm nguyên tố đơn lẻ.
Hợp kim praseodymium neodymium(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 động, độ chọn lọc và độ ổn định của chất xúc tác cracking dầu mỏ có thể được cải thiện bằng cách thêm praseodymium neodymium cô đặc vào sàng phân tử zeolit Y. Là một phụ gia biến tính nhựa, việc thêm praseodymium neodymium làm giàu 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. Praseodymium một mình không phải là vật liệu nam châm vĩnh cửu nổi bật, nhưng nó là một nguyên tố hiệp đồng tuyệt vời có thể cải thiện các tính chất từ tính. Thêm một lượng praseodymium thích hợp có thể cải thiện hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu một cách hiệu quả. Nó cũng có thể cải thiện hiệu suất chống oxy hóa (chống ăn mòn trong không khí) và các tính chất cơ học của nam châm, và đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều 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 vật liệu đánh bóng chất lượng cao cho kính quang học và đã thay thế bột đỏ oxit sắt có hiệu quả đánh bóng thấp và gây ô nhiễm môi trường sản xuất. Mọi người 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, còn được gọi là "bột đỏ", nhưng màu đỏ này không phải là đỏ oxit sắt, mà do sự có mặt của praseodymium oxide, màu của bột đánh bóng đất hiếm trở nên sẫm 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 cacbon, thép không gỉ và hợp kim chịu nhiệt độ cao. Để giảm chi phí, trước đây người ta thường dùng vật liệu làm giàu praseodymium neodymium làm nguyên liệu thô, do đó mới có tên là bánh mài praseodymium neodymium corundum.
Các tinh thể silicat được pha tạp với các ion praseodymium đã được sử dụng để làm chậm các xung ánh sáng xuống còn vài trăm mét mỗi giây.
Thêm oxit praseodymium vào zirconium silicate sẽ chuyển sang màu vàng tươi và có thể được sử dụng làm chất tạo màu gốm – praseodymium vàng. Praseodymium vàng (Zr02-Pr6Oll-Si02) được coi là chất tạo màu gốm màu vàng tốt nhất, có thể ổn định ở nhiệt độ lên đến 1000 ℃ và có thể được sử dụng cho các quy trình đốt một lần hoặc đốt lại.
Praseodymium cũng được sử dụng như một chất tạo màu thủy tinh, với màu sắc phong phú và thị trường tiềm năng lớn. Các sản phẩm thủy tinh xanh Praseodymium có màu xanh lá cây tỏi tây và xanh lá cây hành lá tươi sáng có thể được sản xuất, có thể được sử dụng để sản xuất các bộ lọc màu xanh lá cây và cũng cho thủy tinh nghệ thuật và thủ công. Thêm praseodymium oxide và cerium oxide vào thủy tinh có thể được sử dụng làm kính bảo hộ để hàn. Praseodymium sulfide cũng có thể được sử dụng như một chất tạo màu nhựa màu xanh lá cây.
Thời gian đăng: 29-05-2023