Praseodymist das dritthäufigste Lanthanoid-Element im Periodensystem der chemischen Elemente, mit einer Häufigkeit von 9,5 ppm in der Kruste, nur weniger 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, der die Mine gehörte, seine Proben an Carl Scheele, doch er entdeckte 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 vor zwei Jahren entdeckten.Ceria wurde unabhängig von Martin Heinrich Klaproth in Deutschland getrennt.
Zwischen 1839 und 1843 entdeckte der schwedische Chirurg und Chemiker Carl Gustaf Mosander dasCeroxidwar eine Mischung aus Oxiden.Er trennte zwei weitere Oxide, die er Lanthana und Didymia „Didymia“ nannte (was auf Griechisch „Zwillinge“ bedeutet).Er hat das teilweise zersetztCernitratProbe durch Rösten an der Luft und anschließende Behandlung mit verdünnter Salpetersäure, um das Oxid zu erhalten.Die Metalle, die diese Oxide bilden, werden daher benanntLanthanUndPraseodym.
Im Jahr 1885 trennte CF Auer von Welsbach, ein Österreicher, der die Gazeabdeckung für Thorium-Cer-Dampflampen erfand, erfolgreich das „Praseodym-Neodym“, die „siamesischen Zwillinge“, aus denen grünes Praseodymsalz und rosafarbenes Neodymsalz abgetrennt und als solche bestimmt wurden zwei neue Elemente.Eines trägt den Namen „Praseodym“, was vom griechischen Wort „prason“ abgeleitet ist, was „grüne Verbindung“ bedeutet, da eine Lösung von Praseodym-Salzwasser eine hellgrüne Farbe aufweist;Das andere Element heißt „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 stärker als die von Lanthan, Cer, Neodym und Europium, aber wenn es der Luft ausgesetzt wird, entsteht eine Schicht aus zerbrechlichem schwarzem Oxid, und eine ein Zentimeter große Praseodym-Metallprobe korrodiert innerhalb von etwa einem Jahr vollständig.
Wie die meistenseltene Erdvorkommen, Praseodym bildet höchstwahrscheinlich einen Oxidationszustand von +3, der sein einziger stabiler Zustand in wässrigen Lösungen ist.Praseodym liegt in einigen bekannten festen Verbindungen in der Oxidationsstufe +4 vor und kann unter Bedingungen der Matrixtrennung eine einzigartige Oxidationsstufe von +5 unter den Lanthanoidelementen erreichen.
Das wässrige Praseodym-Ion ist Chartreuse, und viele industrielle Anwendungen von Praseodym beruhen auf seiner Fähigkeit, gelbes Licht in Lichtquellen zu filtern.
Elektronisches Praseodym-Layout
Elektronische Emissionen:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Die 59 Elektronen von Praseodym sind als [Xe] 4f36s2 angeordnet.Theoretisch können alle fünf Außenelektronen als Valenzelektronen genutzt werden, die Nutzung aller fünf Außenelektronen erfordert jedoch extreme Bedingungen.Im Allgemeinen emittiert Praseodym in seinen Verbindungen nur drei oder vier Elektronen.Praseodym ist das erste Lanthanoidelement mit einer elektronischen Konfiguration, die dem Aufbau-Prinzip 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 erfolgt und nicht ausreicht, um eine Besetzung der 5d-Schale in Cer zu vermeiden.Dennoch weist festes Praseodym eine [Xe] 4f25d16s2-Konfiguration auf, wobei ein Elektron in der 5d-Schale allen anderen dreiwertigen Lanthanidenelementen ähnelt (mit Ausnahme von Europium und Ytterbium, die in metallischen Zuständen zweiwertig sind).
Wie die meisten Lanthanidenelemente verwendet Praseodym normalerweise nur drei Elektronen als Valenzelektronen, und die verbleibenden 4f-Elektronen haben eine starke Bindungswirkung: Dies liegt daran, dass die 4f-Umlaufbahn durch den inerten Xenonkern des Elektrons verläuft, um den Kern zu erreichen, gefolgt von 5d und 6s und nimmt mit zunehmender Ionenladung zu.Allerdings kann Praseodym weiterhin das vierte und gelegentlich sogar das fünfte Valenzelektron verlieren, da es sehr früh im Lanthanoidsystem auftritt, wo die Kernladung noch niedrig genug und die 4f-Unterschalenenergie hoch genug ist, um die Entfernung zu ermöglichen mehr Valenzelektron.
Praseodym und alle Lanthanidenelemente (außerLanthan, YtterbiumUndLutetium, es gibt keine ungepaarten 4f-Elektronen) sind bei Raumtemperatur Paramagnetismus.Im Gegensatz zu anderen Seltenerdmetallen, die bei niedrigen Temperaturen eine antiferromagnetische oder ferromagnetische Ordnung aufweisen, ist Praseodym bei allen Temperaturen über 1 K paramagnetisch
Anwendung von Praseodym
Praseodym wird meist in Form gemischter seltener Erden verwendet, beispielsweise als Reinigungs- und Modifizierungsmittel für Metallmaterialien, chemische Katalysatoren, seltene Erden für die Landwirtschaft usw.Praseodym-Neodymist das ähnlichste und am schwierigsten zu trennende Paar seltener Erdelemente, das mit chemischen Methoden nur schwer zu trennen ist.In der industriellen Produktion kommen üblicherweise Extraktions- und Ionenaustauschverfahren zum Einsatz.Wenn sie paarweise in Form von angereichertem Praseodym-Neodym verwendet werden, kann ihre Gemeinsamkeit voll ausgenutzt werden, und der Preis ist auch günstiger als bei Einzelelementprodukten.
Praseodym-Neodym-Legierung(Praseodym-Neodym-Metall)ist zu einem eigenständigen Produkt geworden, das sowohl als Permanentmagnetmaterial als auch als Modifizierungszusatz für Nichteisenmetalllegierungen eingesetzt werden kann.Die Aktivität, Selektivität und Stabilität des Erdöl-Crackkatalysators können durch Zugabe von Praseodym-Neodym-Konzentrat zum Y-Zeolith-Molekularsieb verbessert werden.Als Kunststoffmodifikationsadditiv 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 ist als Permanentmagnetmaterial nicht herausragend, aber es ist 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 Leistung (Luftkorrosionsbeständigkeit) und die mechanischen Eigenschaften von Magneten verbessern und wird häufig in verschiedenen elektronischen Geräten und Motoren verwendet.
Praseodym kann auch zum Schleifen und Polieren von Materialien verwendet werden.Wie wir alle wissen, ist reines Polierpulver auf Cerbasis normalerweise hellgelb, ein hochwertiges Poliermaterial für optisches Glas und hat das rote Eisenoxidpulver ersetzt, das eine geringe Poliereffizienz aufweist und die Produktionsumgebung verschmutzt.Man hat herausgefunden, dass Praseodym gute Poliereigenschaften hat.Polierpulver aus seltenen Erden, das Praseodym enthält, erscheint rotbraun, auch als „rotes Pulver“ bekannt. Diese rote Farbe ist jedoch kein Eisenoxidrot, aber aufgrund des Vorhandenseins von Praseodymoxid wird die Farbe des Polierpulvers aus seltenen Erden dunkler.Praseodym wurde auch als neues Schleifmaterial zur Herstellung von Korund-Schleifscheiben mit Praseodym verwendet.Im Vergleich zu weißem Aluminiumoxid können Effizienz und Haltbarkeit beim Schleifen von Kohlenstoffbaustahl, Edelstahl und Hochtemperaturlegierungen um mehr als 30 % verbessert werden.Um die Kosten zu senken, wurden in der Vergangenheit häufig mit Praseodym-Neodym angereicherte Materialien als Rohstoffe verwendet, daher der Name Praseodym-Neodym-Korund-Schleifscheibe.
Mit Praseodym-Ionen dotierte Silikatkristalle wurden verwendet, um Lichtimpulse auf mehrere hundert Meter pro Sekunde zu verlangsamen.
Durch die Zugabe von Praseodymoxid zu Zirkoniumsilikat wird es leuchtend gelb und kann als Keramikpigment verwendet werden – Praseodymgelb.Praseodymgelb (Zr02-Pr6Oll-Si02) gilt als das beste gelbe Keramikpigment, das bis zu 1000 °C stabil bleibt und für einmalige oder Nachbrennvorgänge verwendet werden kann.
Praseodym wird auch als Glasfarbstoff verwendet, mit satten Farben und großem Marktpotenzial.Es können Praseodym-Grünglasprodukte mit leuchtendem Lauchgrün und Frühlingszwiebelgrün hergestellt werden, die zur Herstellung von Grünfiltern und auch für Kunst- und Handwerksglas verwendet werden können.Die Zugabe von Praseodymoxid und Ceroxid zum Glas kann als Schutzbrille zum Schweißen verwendet werden.Praseodymsulfid kann auch als grüner Kunststofffarbstoff verwendet werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. Mai 2023