Praseodymist das dritthäufigste Lanthanoidelement im Periodensystem der chemischen Elemente, mit einer Häufigkeit von 9,5 ppm in der Erdkruste, nur niedriger alsCer, Yttrium,Lanthan, UndScandium. Es ist das fünfthäufigste Element in Seltenen Erden. Aber genau wie sein Name,Praseodymist ein einfaches und schmuckloses Mitglied der Familie der seltenen Erden.
CF Auer von Welsbach entdeckte Praseodym im Jahr 1885.
Im Jahr 1751 fand der schwedische Mineraloge Axel Fredrik Cronstedt im Bergbaugebiet Bastnäs ein Schwermineral, das später Cerit genannt wurde. Dreißig Jahre später schickte der fünfzehnjährige Vilhelm Hisinger aus der Familie des Minenbesitzers seine Proben an Carl Scheele, entdeckte jedoch keine neuen Elemente. Im Jahr 1803, nachdem Singer Schmied geworden war, kehrte er mit Jöns Jacob Berzelius in das Bergbaugebiet zurück und trennte ein neues Oxid, den Zwergplaneten Ceres, den sie zwei Jahre zuvor entdeckt hatten. Ceroxid wurde unabhängig davon von Martin Heinrich Klaproth in Deutschland getrennt.
Zwischen 1839 und 1843 entdeckte der schwedische Chirurg und Chemiker Carl Gustaf Mosander, dassCeroxidwar eine Mischung von Oxiden. Er trennte zwei weitere Oxide, die er Lanthana und Didymia „didymia“ (griechisch für „Zwillinge“) nannte. Er zersetzte dieCernitratProbe durch Rösten an der Luft und anschließende Behandlung mit verdünnter Salpetersäure, um das Oxid zu erhalten. Die Metalle, die diese Oxide bilden, werden daher alsLanthanUndPraseodym.
Im Jahr 1885 gelang es dem Österreicher CF Auer von Welsbach, der die Gazeabdeckung für Thorium-Cer-Dampflampen erfand, die „Saimonalen Zwillinge“ Praseodym-Neodym zu trennen. Dabei wurden grünes Praseodymsalz und rosafarbenes Neodymsalz isoliert und als zwei neue Elemente identifiziert. Eines der Elemente trägt den Namen „Praseodym“, was vom griechischen Wort „prason“ stammt und grüne Verbindung bedeutet, da eine Lösung von Praseodymsalzwasser eine leuchtend grüne Farbe aufweist. Das andere Element trägt den Namen „Neodym„. Die erfolgreiche Trennung der „siamesischen Zwillinge“ ermöglichte es ihnen, ihre Talente unabhängig voneinander zu entfalten.
Silberweißes Metall, weich und dehnbar. Praseodym hat bei Raumtemperatur eine hexagonale Kristallstruktur. Die Korrosionsbeständigkeit an der Luft ist höher als die von Lanthan, Cer, Neodym und Europium. An der Luft bildet sich jedoch eine Schicht aus sprödem Schwarzoxid, und eine ein Zentimeter große Praseodym-Metallprobe korrodiert innerhalb von etwa einem Jahr vollständig.
Wie die meistenSeltene ErdenPraseodym bildet höchstwahrscheinlich die Oxidationsstufe +3, die in wässrigen Lösungen der einzige stabile Zustand ist. In einigen bekannten festen Verbindungen liegt Praseodym in der Oxidationsstufe +4 vor und kann unter Matrixtrennungsbedingungen die unter den Lanthanoiden einzigartige Oxidationsstufe +5 erreichen.
Das wässrige Praseodymion ist Chartreuse und viele industrielle Anwendungen von Praseodym beruhen auf seiner Fähigkeit, gelbes Licht in Lichtquellen zu filtern.
Elektronisches Layout von Praseodym
Elektronische Emissionen:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Die 59 Elektronen des Praseodyms sind als [Xe] 4f36s2 angeordnet. Theoretisch können alle fünf äußeren Elektronen als Valenzelektronen genutzt werden, aber die Nutzung aller fünf äußeren Elektronen erfordert extreme Bedingungen. Im Allgemeinen emittiert Praseodym in seinen Verbindungen nur drei oder vier Elektronen. Praseodym ist das erste Lanthanoidelement mit einer Elektronenkonfiguration, die dem Aufbauprinzip entspricht. Sein 4f-Orbital hat niedrigere Energieniveaus als das 5d-Orbital, was auf Lanthan und Cer nicht zutrifft, da die plötzliche Kontraktion des 4f-Orbitals erst nach Lanthan auftritt und nicht ausreicht, um die Besetzung der 5d-Schale in Cer zu vermeiden. Dennoch weist festes Praseodym eine [Xe] 4f25d16s2-Konfiguration auf, bei der ein Elektron in der 5d-Schale allen anderen dreiwertigen Lanthanoidelementen ähnelt (mit Ausnahme von Europium und Ytterbium, die in metallischen Zuständen zweiwertig sind).
Wie die meisten Lanthanoiden verwendet Praseodym üblicherweise nur drei Elektronen als Valenzelektronen, und die verbleibenden 4f-Elektronen haben eine starke Bindungswirkung: Dies liegt daran, dass die 4f-Bahn durch den inerten Xenonkern des Elektrons zum Atomkern verläuft, gefolgt von 5d und 6s, und mit zunehmender Ionenladung zunimmt. Praseodym kann jedoch weiterhin das vierte und gelegentlich sogar das fünfte Valenzelektron verlieren, da es sehr früh im Lanthanoidensystem auftritt, wo die Kernladung noch niedrig genug und die 4f-Unterschalenenergie hoch genug ist, um die Entfernung weiterer Valenzelektronen zu ermöglichen.
Praseodym und alle Lanthanoiden (außerLanthan, YtterbiumUndLutetium, es gibt keine ungepaarten 4f-Elektronen) sind bei Raumtemperatur paramagnetisch. Im Gegensatz zu anderen Seltenerdmetallen, die bei niedrigen Temperaturen eine antiferromagnetische oder ferromagnetische Ordnung aufweisen, ist Praseodym bei allen Temperaturen über 1K paramagnetisch
Anwendung von Praseodym
Praseodym wird hauptsächlich in Form gemischter Seltener Erden verwendet, beispielsweise als Reinigungs- und Modifizierungsmittel für Metallmaterialien, chemische Katalysatoren, landwirtschaftliche Seltene Erden usw.Praseodym Neodymist das ähnlichste und am schwierigsten zu trennende Paar Seltenerdelemente, das chemisch nur schwer zu trennen ist. Die industrielle Produktion nutzt üblicherweise Extraktions- und Ionenaustauschverfahren. Werden sie paarweise in Form von angereichertem Praseodym-Neodym verwendet, können ihre Gemeinsamkeiten voll ausgenutzt werden, und der Preis ist zudem günstiger als bei Einzelelementprodukten.
Praseodym-Neodym-Legierung(Praseodym-Neodym-Metall)ist zu einem eigenständigen Produkt geworden, das sowohl als Permanentmagnetmaterial als auch als Modifizierungsadditiv für Nichteisenmetalllegierungen eingesetzt werden kann. Die Aktivität, Selektivität und Stabilität von Erdöl-Crackkatalysatoren kann durch die Zugabe von Praseodym-Neodym-Konzentrat zum Y-Zeolith-Molekularsieb verbessert werden. Als Kunststoffmodifizierungsadditiv kann die Zugabe von Praseodym-Neodym-Anreicherung zu Polytetrafluorethylen (PTFE) die Verschleißfestigkeit von PTFE deutlich verbessern.
Seltene ErdenPermanentmagnetmaterialien sind heute das beliebteste Anwendungsgebiet für Seltene Erden. Praseodym allein eignet sich zwar nicht hervorragend als Permanentmagnetmaterial, ist aber ein hervorragendes synergistisches Element, das die magnetischen Eigenschaften verbessern kann. Die Zugabe einer angemessenen Menge Praseodym kann die Leistung von Permanentmagnetmaterialien effektiv verbessern. Es kann auch die antioxidative Wirkung (Luftkorrosionsbeständigkeit) und die mechanischen Eigenschaften von Magneten verbessern und wird häufig in verschiedenen elektronischen Geräten und Motoren eingesetzt.
Praseodym kann auch zum Schleifen und Polieren von Materialien verwendet werden. Reines Cer-basiertes Polierpulver ist bekanntlich meist hellgelb und ein hochwertiges Poliermittel für optisches Glas. Es hat das Eisenoxidrotpulver ersetzt, das eine geringe Polierleistung aufweist und die Produktionsumgebung belastet. Praseodym hat gute Poliereigenschaften. Seltenerd-Polierpulver mit Praseodym erscheint rötlich-braun, auch als „rotes Pulver“ bekannt. Diese rote Farbe ist jedoch nicht Eisenoxidrot, sondern wird durch das Vorhandensein von Praseodymoxid dunkler. Praseodym wird auch als neues Schleifmittel zur Herstellung von praseodymhaltigen Korund-Schleifscheiben verwendet. Im Vergleich zu weißem Aluminiumoxid können Effizienz und Haltbarkeit beim Schleifen von Kohlenstoffbaustahl, Edelstahl und Hochtemperaturlegierungen um mehr als 30 % verbessert werden. Um Kosten zu senken, wurden früher oft mit Praseodym-Neodym angereicherte Materialien als Rohstoffe verwendet, daher auch der Name Praseodym-Neodym-Korund-Schleifscheibe.
Mit Praseodymionen dotierte Silikatkristalle wurden verwendet, um Lichtimpulse auf mehrere hundert Meter pro Sekunde zu verlangsamen.
Durch Zugabe von Praseodymoxid zu Zirkoniumsilikat entsteht ein leuchtendes Gelb, das als Keramikpigment – Praseodymgelb – verwendet werden kann. Praseodymgelb (ZrO₂-Pr₆O₁-SiO₂) gilt als das beste gelbe Keramikpigment, das bis zu 1000 °C stabil bleibt und für Einmal- oder Nachbrennprozesse verwendet werden kann.
Praseodym wird auch als Glasfarbstoff verwendet und bietet aufgrund seiner satten Farben ein großes Marktpotenzial. Es können praseodymgrüne Glasprodukte in leuchtendem Lauchgrün und Frühlingszwiebelgrün hergestellt werden, die zur Herstellung von Grünfiltern und auch für Kunsthandwerksglas verwendet werden können. Durch die Zugabe von Praseodymoxid und Ceroxid zum Glas können Schweißbrillen hergestellt werden. Praseodymsulfid kann auch als grüner Kunststofffarbstoff verwendet werden.
Veröffentlichungszeit: 29. Mai 2023