ธาตุดินหายากที่มีมนต์ขลัง – พราซีโอดิเมียม

พราซีโอดิเมียมเป็นธาตุแลนทาไนด์ที่มีมากเป็นอันดับสามในตารางธาตุของธาตุเคมี โดยมีปริมาณมากในเปลือกโลก 9.5 ppm ต่ำกว่าเพียงเท่านั้นซีเรียม, อิตเทรียม,แลนทานัม, และสแกนเดียม-เป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับห้าในธาตุหายากแต่ก็เหมือนกับชื่อของเขาเพราโอดิเมียมเป็นสมาชิกที่เรียบง่ายและไร้การปรุงแต่งของตระกูลแรร์เอิร์ธ

CF Auer Von Welsbach ค้นพบ praseodymium ในปี 1885

ในปี ค.ศ. 1751 นักแร่วิทยาชาวสวีเดน Axel Fredrik Cronstedt ค้นพบแร่หนักในพื้นที่เหมืองแร่ของ Bastn ä ซึ่งต่อมาได้ชื่อว่าเป็นแร่ Ceriteสามสิบปีต่อมา Vilhelm Hisinger วัย 15 ปีจากครอบครัวที่เป็นเจ้าของเหมืองได้ส่งตัวอย่างของเขาไปให้ Carl Scheele แต่เขาไม่พบองค์ประกอบใหม่ใดๆในปี 1803 หลังจากที่ซิงเกอร์กลายเป็นช่างตีเหล็ก เขาก็กลับไปที่พื้นที่เหมืองแร่พร้อมกับ J ö ns Jacob Berzelius และแยกออกไซด์ใหม่ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์แคระ Ceres ซึ่งพวกเขาค้นพบเมื่อสองปีที่แล้วCeria ถูกแยกออกจากกันโดย Martin Heinrich Klaproth ในเยอรมนี

ระหว่างปี พ.ศ. 2382 ถึง พ.ศ. 2386 ศัลยแพทย์และนักเคมีชาวสวีเดน คาร์ล กุสตาฟ โมซันเดอร์ ค้นพบว่าซีเรียมออกไซด์เป็นส่วนผสมของออกไซด์เขาแยกออกไซด์อีกสองชนิดออก ซึ่งเขาเรียกว่าลันทานาและดิดีเมียว่า “ดิไดเมีย” (แปลว่า “ฝาแฝด” ในภาษากรีก)เขาสลายบางส่วนซีเรียมไนเตรตตัวอย่างโดยการคั่วในอากาศ แล้วบำบัดด้วยกรดไนตริกเจือจางเพื่อให้ได้ออกไซด์โลหะที่ก่อให้เกิดออกไซด์เหล่านี้จึงได้ชื่อว่าแลนทานัมและเพราโอดิเมียม.

ในปี 1885 CF Auer Von Welsbach ชาวออสเตรียผู้ประดิษฐ์ฝาครอบผ้ากอซสำหรับโคมไฟไอทอเรียมซีเรียม ประสบความสำเร็จในการแยก "เพรซีโอดิเมียม นีโอไดเมียม" ซึ่งเป็น "ฝาแฝดที่เชื่อมต่อกัน" ซึ่งเกลือเพรซีโอดิเมียมสีเขียวและเกลือนีโอดิเมียมสีกุหลาบถูกแยกออกและตัดสินใจว่าจะเป็น สององค์ประกอบใหม่ชนิดหนึ่งมีชื่อว่า “Praseodymium” ซึ่งมาจากคำภาษากรีก prason ซึ่งหมายถึงสารประกอบสีเขียว เพราะสารละลายของน้ำเกลือ Praseodymium จะให้สีเขียวสดใสอีกธาตุหนึ่งมีชื่อว่า “นีโอไดเมียม-ความสำเร็จในการแยก "แฝดติดกัน" ทำให้พวกเขาแสดงความสามารถได้อย่างอิสระ

โลหะปราซีโอดิเมียม

โลหะสีขาวเงิน นุ่มและเหนียวPraseodymium มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมที่อุณหภูมิห้องความต้านทานการกัดกร่อนในอากาศนั้นแข็งแกร่งกว่าแลนทานัม ซีเรียม นีโอไดเมียม และยูโรเพียม แต่เมื่อสัมผัสกับอากาศ จะเกิดชั้นของแบล็คออกไซด์ที่เปราะบางเกิดขึ้น และตัวอย่างโลหะเพราซีโอดิเมียมขนาด 1 เซนติเมตรจะกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์ภายในเวลาประมาณหนึ่งปี

ชอบที่สุดธาตุหายาก, พราซีโอดิเมียมมีแนวโน้มที่จะสร้างสถานะออกซิเดชันเป็น+3 ซึ่งเป็นสถานะเดียวที่เสถียรในสารละลายที่เป็นน้ำพราซีโอดิเมียมมีสถานะออกซิเดชัน +4 ในสารประกอบของแข็งบางชนิด และภายใต้สภาวะการแยกเมทริกซ์ พราซีโอไดเมียมสามารถมีสถานะออกซิเดชัน +5 เฉพาะในหมู่ธาตุแลนทาไนด์ได้

ไอออน praseodymium ในน้ำเป็นสารตะกั่ว และการใช้ praseodymium ในอุตสาหกรรมจำนวนมากเกี่ยวข้องกับความสามารถในการกรองแสงสีเหลืองในแหล่งกำเนิดแสง

เค้าโครงอิเล็กทรอนิกส์ Praseodymium

การปล่อยมลพิษทางอิเล็กทรอนิกส์:

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

พรีโอดิเมียม 59 อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงเป็น [Xe] 4f36s2ตามทฤษฎีแล้ว อิเล็กตรอนชั้นนอกทั้ง 5 ตัวสามารถใช้เป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้ แต่การใช้อิเล็กตรอนชั้นนอกทั้ง 5 ตัวนั้นจำเป็นต้องมีสภาวะที่รุนแรงโดยทั่วไปแล้ว praseodymium จะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาเพียงสามหรือสี่ตัวในสารประกอบของมันพราซีโอไดเมียมเป็นธาตุแลนทาไนด์ชนิดแรกที่มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สอดคล้องกับหลักการของ Aufbauวงโคจร 4f ของมันมีระดับพลังงานต่ำกว่าวงโคจร 5d ซึ่งไม่สามารถใช้ได้กับแลนทานัมและซีเรียม เนื่องจากการหดตัวอย่างกะทันหันของวงโคจร 4f จะไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งหลังแลนทานัม และไม่เพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงการครอบครองเปลือก 5d ในซีเรียมอย่างไรก็ตาม พราซีโอไดเมียมที่เป็นของแข็งแสดงโครงร่าง [Xe] 4f25d16s2 โดยที่อิเล็กตรอนหนึ่งตัวในเปลือก 5d มีลักษณะคล้ายกับธาตุแลนทาไนด์ชนิดไตรวาเลนต์อื่นๆ ทั้งหมด (ยกเว้นยูโรเพียมและอิตเทอร์เบียมซึ่งมีสถานะต่างกันในสถานะโลหะ)

เช่นเดียวกับธาตุแลนทาไนด์ส่วนใหญ่ เพราโอดิเมียมมักจะใช้อิเล็กตรอนเพียง 3 ตัวเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอน และอิเล็กตรอน 4f ที่เหลือมีผลในการยึดเกาะที่รุนแรง เนื่องจากวงโคจร 4f ผ่านแกนซีนอนเฉื่อยของอิเล็กตรอนเพื่อไปถึงนิวเคลียส ตามด้วย 5d และ 6s และเพิ่มขึ้นตามประจุไอออนิกที่เพิ่มขึ้นอย่างไรก็ตาม ปราซีโอไดเมียมยังคงสามารถสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนตัวที่สี่หรือตัวที่ห้าได้ในบางครั้ง เพราะมันปรากฏขึ้นเร็วมากในระบบแลนทาไนด์ ซึ่งประจุนิวเคลียร์ยังต่ำเพียงพอ และพลังงานเปลือกย่อย 4f สูงพอที่จะกำจัด วาเลนซ์อิเล็กตรอนมากขึ้น

พราซีโอดิเมียมและธาตุแลนทาไนด์ทั้งหมด (ยกเว้นแลนทานัม, อิตเทอร์เบียมและลูทีเซียมไม่มีอิเล็กตรอน 4f ที่ไม่จับคู่) เป็นพาราแมกเนติกที่อุณหภูมิห้องแตกต่างจากโลหะหายากชนิดอื่นๆ ที่มีลำดับแม่เหล็กไฟฟ้าหรือเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำ เพราโอดิเมียมเป็นแบบพาราแมกเนติกที่อุณหภูมิสูงกว่า 1K

การใช้ปราซีโอดิเมียม

Praseodymium ส่วนใหญ่จะใช้ในรูปแบบของธาตุหายากผสม เช่น สารบริสุทธิ์และสารปรับเปลี่ยนสำหรับวัสดุโลหะ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี ธาตุหายากทางการเกษตร และอื่นๆพรีโอไดเมียม นีโอดิเมียมเป็นธาตุหายากคู่หนึ่งที่คล้ายกันและแยกได้ยากที่สุด ซึ่งยากต่อการแยกโดยวิธีทางเคมีการผลิตภาคอุตสาหกรรมมักจะใช้วิธีการสกัดและการแลกเปลี่ยนไอออนหากใช้คู่กันในรูปของพรีโอไดเมียมนีโอไดเมียมที่ได้รับการเสริมสมรรถนะ จะสามารถใช้ความเหมือนกันได้อย่างเต็มที่ และราคายังถูกกว่าผลิตภัณฑ์ที่มีองค์ประกอบเดียวอีกด้วย

โลหะผสมนีโอไดเมียมพราซีโอดิเมียม(โลหะพรีโอดิเมียม นีโอไดเมียม)ได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์อิสระ ซึ่งสามารถใช้เป็นทั้งวัสดุแม่เหล็กถาวรและสารเติมแต่งดัดแปลงสำหรับโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กกิจกรรม ความสามารถในการเลือกสรร และความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาการแตกร้าวของปิโตรเลียมสามารถปรับปรุงได้โดยการเติมความเข้มข้นของพรีโอดิเมียมนีโอไดเมียมลงในตะแกรงโมเลกุล Y ซีโอไลต์ในฐานะที่เป็นสารเติมแต่งสำหรับการดัดแปลงพลาสติก การเติมสารเสริมสมรรถนะนีโอไดเมียม praseodymium ให้กับโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) สามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของ PTFE ได้อย่างมาก

แผ่นดินหายากวัสดุแม่เหล็กถาวรเป็นสาขาที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการใช้งานแร่หายากในปัจจุบันPraseodymium เพียงอย่างเดียวไม่ได้โดดเด่นในฐานะวัสดุแม่เหล็กถาวร แต่เป็นองค์ประกอบเสริมฤทธิ์กันที่ดีเยี่ยมที่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กได้การเพิ่มปราซีโอดิเมียมในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุแม่เหล็กถาวรได้อย่างมีประสิทธิภาพนอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของสารต้านอนุมูลอิสระ (ความต้านทานการกัดกร่อนของอากาศ) และคุณสมบัติทางกลของแม่เหล็ก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และมอเตอร์ต่างๆ

Praseodymium สามารถใช้สำหรับการบดและขัดวัสดุได้ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าผงขัดซีเรียมบริสุทธิ์มักจะมีสีเหลืองอ่อนซึ่งเป็นวัสดุขัดเงาคุณภาพสูงสำหรับแก้วแสง และได้เข้ามาแทนที่ผงสีแดงเหล็กออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพการขัดต่ำและก่อให้เกิดมลพิษต่อสภาพแวดล้อมการผลิตผู้คนพบว่า praseodymium มีคุณสมบัติในการขัดเงาที่ดีผงขัดโลหะหายากที่ประกอบด้วยพราซีโอดีเมียมจะปรากฏเป็นสีน้ำตาลแดงหรือที่เรียกว่า "ผงสีแดง" แต่สีแดงนี้ไม่ใช่สีแดงของเหล็กออกไซด์ แต่เนื่องจากมีเพรซีโอดิเมียมออกไซด์ สีของผงขัดเงาโลหะหายากจึงเข้มขึ้นนอกจากนี้ Praseodymium ยังถูกใช้เป็นวัสดุบดแบบใหม่เพื่อผลิตล้อเจียรคอรันดัมที่มี Praseodymiumเมื่อเทียบกับอลูมินาสีขาว ประสิทธิภาพและความทนทานสามารถปรับปรุงได้มากกว่า 30% เมื่อเจียรเหล็กโครงสร้างคาร์บอน สแตนเลส และโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อลดต้นทุน ในอดีตวัสดุที่เสริมสมรรถนะด้วยนีโอดิเมียม praseodymium มักถูกใช้เป็นวัตถุดิบ จึงเป็นที่มาของชื่อล้อเจียร praseodymium นีโอดิเมียมคอรันดัม

ผลึกซิลิเกตที่เจือด้วยไอออน praseodymium ถูกนำมาใช้เพื่อชะลอความเร็วของแสงเป็นหลายร้อยเมตรต่อวินาที

การเติมเพรซีโอดิเมียมออกไซด์ลงในเซอร์โคเนียมซิลิเกตจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองสดใสและสามารถใช้เป็นเม็ดสีเซรามิกได้ – สีเหลืองเพรซีโอดิเมียมPraseodymium Yellow (Zr02-Pr6Oll-Si02) ถือเป็นเม็ดสีเซรามิกสีเหลืองที่ดีที่สุด ซึ่งยังคงความเสถียรที่สูงถึง 1,000 ℃ และสามารถใช้สำหรับกระบวนการครั้งเดียวหรือกระบวนการเผาใหม่

นอกจากนี้ Praseodymium ยังใช้เป็นสีย้อมแก้ว ซึ่งมีสีสันที่หลากหลายและมีศักยภาพทางการตลาดสูงผลิตภัณฑ์แก้วสีเขียว Praseodymium ที่มีสีเขียวต้นหอมสดใสและสีเขียวต้นหอมสามารถผลิตได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตฟิลเตอร์สีเขียวและสำหรับแก้วศิลปะและงานฝีมือด้วยการเติมเพรซีโอดิเมียมออกไซด์และซีเรียมออกไซด์ลงในแก้วสามารถใช้เป็นแว่นตาสำหรับการเชื่อมได้พราซีโอดิเมียมซัลไฟด์ยังสามารถใช้เป็นสีพลาสติกสีเขียวได้