Празеодим — химический элемент с атомным номером 59 и химическим символом Pr. Этот элемент является третьим членом ряда лантаноидов и относится к категории редкоземельных металлов. Он мягкий, серебристый, податливый и пластичный. Металл ценится за свои магнитные, электрические, химические и оптические свойства. Празеодим на самом деле слишком реакционноспособен и недоступен в нативной форме. Кроме того, на чистом металлическом празеодиме под воздействием воздуха медленно образуется зеленое оксидное покрытие.
Как и большинство других редкоземельных элементов, празеодим наиболее легко образует степень окисления +3, которая является его единственным стабильным состоянием в водном растворе. Однако степень окисления +4 была идентифицирована в некоторых твердых соединениях, особенно среди лантаноидов. Даже степень окисления +5 достижима в условиях матричной изоляции.
Появление и открытие редкоземельного празеодима
Празеодим всегда встречается в природе вместе с другими редкоземельными металлами. Это шестой по распространенности редкоземельный элемент и четвертый по распространенности лантанид. Празеодим составляет 9,1 частей на миллион земной коры, что по содержанию аналогично содержанию бора. В 1841 году шведский химик Карл Густав Мосандер выделил из остатка, получившего название лантана, остаток оксида редкоземельного элемента, который он позже назвал дидимом.
В 1885 году австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах разделил дидим на два элемента, получив соли разного цвета, которые он назвал празеодимом и неодимом. Название празеодим происходит от древнегреческого πράσινος (празинос), что означает «зеленый лук-порей», и δίδυμος (дидимос) «близнец».
Празеодим можно найти в различных минералах, причем большее количество элемента содержится в монаците и бастназите. Последние методы, такие как ионный обмен и экстракция растворителем, помогли очень легко выделить многие редкоземельные элементы. Празеодим также можно получить восстановлением кальцием безводного хлорида фторида.
Свойства редкоземельного празеодима
- Празеодим — третий представитель ряда лантаноидов.
- Его относят к редкоземельным металлам.
- Это пластичный металл, твердость которого сравнима с серебром.
- Как и большинство металлов ряда лантаноидов, празеодим обычно использует только три электрона. Тем не менее, празеодим может также потерять четвертый, а иногда и пятый валентный электрон.
- Имеет две аллотропные формы. Примерно при 560 °С он переходит в гранецентрированную кубическую структуру, а незадолго до температуры плавления 935 °С появляется объемноцентрированная кубическая структура.
- Как и большинство других лантаноидов, празеодим парамагнитен при комнатной температуре. В отличие от некоторых других редкоземельных металлов, обладающих антиферромагнитным или ферромагнитным упорядочением при низких температурах, празеодим парамагнитен при всех температурах выше 1 К.
- Празеодим имеет только один стабильный и встречающийся в природе изотоп — 141Pr. Это мононуклеиновый и моноизотопный элемент. Помимо этого, было синтезировано 38 других радиоизотопов, каждый из которых имеет период полураспада менее 24 часов.
- Металлический празеодим медленно тускнеет на воздухе, образуя отслаивающийся слой зеленого оксида, похожий на железную ржавчину.
- Празеодим медленно реагирует с холодной водой и довольно быстро с горячей водой с образованием гидроксида празеодима (III).
Современные применения редкоземельного празеодима
- В сочетании с неодимом празеодим используется для создания мощных магнитов , известных своей прочностью и долговечностью.
- Комбинация празеодима и никеля демонстрирует сильный магнитокалорический эффект, что указывает на то, что она позволила ученым приблизиться к абсолютному нулю с точностью до одной тысячной градуса.
- Мишени для распыления празеодима и материалы для испарения празеодима используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
- Празеодим применяется в качестве легирующего агента наряду с магнием для создания высокопрочных металлов, используемых в авиационных двигателях; иттрий и неодим также являются жизнеспособными заменителями.
- Празеодим используется в смеси редкоземельных элементов, фторид которой образует ядро углеродных дуговых ламп. Они используются в киноиндустрии для студийного освещения и освещения проекторов.
- Соединения празеодима используются при изготовлении стекла, эмали и керамики, придавая им желтый цвет.
- Празеодим входит в состав дидимового стекла, которое используется для изготовления некоторых видов очков для сварщиков и стеклодувов.
- Раствор оксида празеодима с церием или церием-цирконием полезен в качестве катализатора окисления.
Выводы
Празеодим — химический элемент с атомным номером 59, который считается одним из редкоземельных металлов. Этот элемент представляет собой мягкий, серебристый, податливый и пластичный металл, который используется благодаря своим магнитным, электрическим, химическим и оптическим свойствам. Празеодим используется в сочетании с другими редкоземельными элементами для производства полезных сплавов и смесей для различных применений.