Празеодим

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Празеодим (Pr)
Атомний номер 59
Зовнішній вигляд
простої речовини
помірно м'ягкий,
ковкий , в'язкий метал
сріблясто-білого кольору
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
140,90765 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 182 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
526,6(5,46) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f3 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 165 пм
Радіус іона (+4e) 90 101.(+3e) 3 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,13
Електродний потенціал Pr←Pr3+ -2,35В
Ступені окиснення 4, 3
Термодинамічні властивості
Густина 6,773 г/см³
Питома теплоємність 0,192 Дж/(K моль)
Теплопровідність 12,5 Вт/(м К)
Температура плавлення 1204 K
Теплота плавлення 11,3 кДж/моль
Температура кипіння 3785 K
Теплота випаровування 331 кДж/моль
Молярний об'єм 20,8 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,670 Å
Відношення c/a 3,22
Температура Дебая n/a K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Празеодим (англ. praseodymium, лат. praseodymium, нім. Praseodym n) – хімічний елемент, що має символ Pr та атомний номер 59. Празеодим - м'який, сріблястий, ковкий та гнучкий метал що належить до групи лантаноїдів в Періодичній системі. Завдяки його високій хімічній активності, він не зустрічається у природі у вигляді металу. Отриманий штучно, цей метал повільно окиснюється вологим повітрям із утворенням зеленої скоринки оксиду.

Елемент отримав назву за кольором свого оксиду. У 1841, шведський хімік Карл Ґустав Мосандер виділив рідкісноземельний оксид "Дідіму" з так званої "лантанової землі", що, в свою чергу була видобута із "церієвої землі". У 1885, австрійський хімік барон Карл Ауер фон Вельсбах розділив Дідім на дві різних солі різного кольору, які було названо Неодимом та Празеодимом. Назва Празеодиму походить від грецького prasios (πράσιος), що значить "зелений", та didymos (δίδυμος), - "подвійний".

Як більшість лантаноїдів, празеодим переважно проявляє валентність три - Pr(III). Він жовто-зелений у водному розчині та чисельні відтінки жовто-зеленого у складі скла. Багато з промислових застосувань цього елементу повязані із фільтруванням жовтого світла від різноманітних джерел світла. Разом з ін. рідкісноземельними елементами входить до складу мінералів – монациту, лопариту, самарскіту і ін.

Історія[ред.ред. код]

У 1839 Мозандер виділив оксид ("землю") "лантана" (див. ), що був оксидом нововідкритого елементу лантану, із нітрату церію. У 1841, Мозандер показав, що "лантана" є найбільш основним компонентом з суміші рідкісних земель шляхом осадження лугами із розчину солей. Рідкісноземельні елементи, що залишилися в розчині після осадження лантану Мозандер назвав "дідімом." У 1874, Пер Теодор Клеве зробив висновок, що дідім є сумішшю двох елементів, та у 1879, Поль Еміль Лекок де Буабодран виділив нову "землю", що була оксидом нового елементу самарію, з "дідіму", отриманого з мінерала самарскіт. Сирий дідім фактично ж містив три елементи, та у 1885, австрійський хімік барон Карл Ауер фон Вельсбах розділив дідім на два компоненти, празеодим та неодим, які утворювали солі з різними кольорами.

Лєо Мозер (син Людвіга Мозера, засновника Moser Glassworks http://www.moser-glass.com/, що працював в Карлових Варах в Богемії, що зараз в Чеській республіці, не плутати з Лео Мозером, математиком) досліджував забарвлення скла празеодимом наприкінці 1920-х. В результаті було винайдено жовто-зелене скло "Праземіт". Однак, подібний колір міг бути отриманий за допомогою барвників, що коштували набагато дешевше, ніж празеодим коштував наприкінці 1920-их, до того ж, такий колір не був популярним, такого скла було вироблено небагато, і зараз його можна зустріти надзвичайно рідко. Мозер також винайшов скло "Геліоліт" ("Heliolit" німецькою), яке було поширеніше. Перше комерційне застосування чистого празеодиму, що продовжується до сьогодні, це барвник емалі для кераміки, "Празеодимовий жовтий", якій являє собою розчин оксиду празеодиму у силікаті цирконію. Ця емаль не має зеленого відтінку. На відміну від емалі, празеодимове скло має чітке зелене забарвлення.[1]

Використовуючи класичні методики розділення празеодим дуже важко відділити від інших лантаноїдів. Празеодим, вміст якого в вихідному концентраті завжди був набагато менший, ніж у лантану та неодиму, від якого його намагалися відділити (при чому, церій відділявся порівняно легко за допомогою переведення в чотирьовалентний стан), празеодим розподілявся по багатьом фракціям, та вихід чистого празеодиму був невеликим. Тем не менш, історично склалося, що празеодим був рідкісноземельним елементом, чия пропозиція була більшою за попит. Іноді це призводило до того, що неодим коштував дорожче, ніж набагато рідкісніший празеодим. Не маючи значного застосування, запаси суміши празеодиму з лантаном та церієм (так звану "LCP") часто продавали як більш дешеву суміш лантаноїдів, ніж ту, що було виділено з монациту. LCP залишається після виділення цінного неодиму, та рідкісніших елементів шляхом екстракції органічними розчинниками. В подальшому, із розвитком технологій, було знайдено, що празеодим може бути включеним до складу неодим-залізо-борних магнітів, поширюючи попит на празеодим.[Джерело?] Таким чином, роль LCP поступово перейшла до LC (суміші лантану та церію).

Монацит з Норвегії
Зразок празеодиму в інертній атмосфері

Хімічні властивості[ред.ред. код]

У своїх сполуках празеодим може перебувати у ступенях окислення +2, +3 та +4. Празеодим (IV) - сильний окисник, що миттєво окислює воду до кисню та соляну (хлоридну) кислоту до хлору. Таким чином, у водних розчинах можливе існування лише іонів празеодиму 3+. Солі празеодиму (III) мають жовто-зелене забарвлення та, в водному розчині доволі простий спектр поглинання у видимому діапазоні: зі смугою у жовто-оранжевій області 589–590 нм (що збігається з жовтою лінією емісії натрію), та трьома смугами у голубій/фіолетовій області, при 444, 468, та 482 нм, відповідно. Ці смуги трохи зміщуються в залежності від природи проти-іону. Оксид празеодиму, отриманий прожарюванням солей, таких як карбонат чи оксалат, є чорним (з відтінками зеленого чи коричневого) та містить празеодим +3 та празеодим +4 у непостійному співвідношенні, залежно від умов отримання. Зазвичай, його формула пишеться як Pr6O11. Звичайно, як й інші лантаноїди у ступені окислення +3, празеодим дуже зручно осаджувати з розчину за допомогою щавлевої кислоти або розчинних оксалатів. Оксалат празеодиму при прожарюванні легко перетворюється у оксид.

Скло забарвлене празеодимом

Отримання[ред.ред. код]

Одержують П. кальцієтермічним відновленням трифториду або трихлориду, а також електролізом розплаву трихлориду.

Розповсюдженість[ред.ред. код]

Празеодим міститься у земній корі в малих кількостях (9,5 часток на міліон). Він знаходиться у рідкісноземельному мінералі монациті та бастнезиті, як правило, 5% від загального вмісту РЗЕ, та може бути відокремленим від інших лантаноїдів за допомогою процесу іонного обміну, або багатоступеневої рідинної екстракції. Мішметал, якій використовують як кремінь у сучасних запальничках, містить приблизно 5% празеодиму у вигляді металу.[2]

Застосування[ред.ред. код]

  • Як компонент сплавів з магніем для створення високоміцних авіадвигунів.[3][4]
  • У дугових лампах з вуглецевими стрижнями що застосовуються як потужні джерела світла.
  • Для забарвлення скла та керамічних емалей у жовтий колір.[5]
  • Для забарвлення кубічного оксиду цирконію у жовто-зелений колір, для імітації природного мінералу перидоту.
  • Як компанет "дідімового" скла, для щитків, що використовуються для зварювання.[5]
  • Силікатні кристали, доповані празеодимом здатні сповільнювати промені світла до швидкості декількох сот метрів на секунду.[6]
  • Сплав празеодиму із нікелем (PrNi5) має сильний магнітно-термічний ефект що дозволяє отримувати температури порядку 0,001К, дивись Кельвін (одиниця).[7]
  • Допування празеодимом флуоридного скла дозволяє створювати волоконні оптичні підсилювачи.[8]
  • Твердий розчин оксиду празеодиму в оксиді церію, або оксиді церію-цирконію, застосовуються як окисно-відновні каталізатори.[9]
  • Сучасні кремені для запальничок та кресала, містять близько 4% празеодиму.[5]

Література[ред.ред. код]

  1. RARE EARTHS* // Journal of the American Ceramic Society, 25 (1942) (5) С. 141. — DOI:10.1111/j.1151-2916.1942.tb14363.x.
  2. Gschneidner, K.A., and Eyring, L., Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, North Holland Publishing Co., Amsterdam, 1978.
  3. L. L. Rokhlin (2003). Magnesium alloys containing rare earth metals: structure and properties. CRC Press. ISBN 0415284147. 
  4. Rare Earths in Magnesium Alloys // Materials Science Forum, 30 (1988) С. 89. — DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.30.89.
  5. а б в C. R. Hammond (2000). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press. ISBN 0849304814. 
  6. «ANU team stops light in quantum leap». Архів оригіналу за 2013-06-23. Процитовано 2009-05-18. 
  7. Emsley, John (2001). Nature's building blocks. Oxford University Press. с. 342. ISBN 0-1985-0341-5. 
  8. Jha, A; Naftaly, M; Jordery, S; Samson, B N; Taylor, E R; Hewak, D; Payne, D N; Poulain, M; Zhang, G  // Pure and Applied Optics: Journal of the European Optical Society Part A, 4 (1995) (4) С. 417. — Bibcode:1995PApOp...4..417J. — DOI:10.1088/0963-9659/4/4/019.
  9. Borchert, Y.; Sonstrom, P.; Wilhelm, M.; Borchert, H.; Baumer, M. Nanostructured Praseodymium Oxide: Preparation, Structure, and Catalytic Properties // Journal of Physical Chemistry C, 112 (2008) (8) С. 3054. — DOI:10.1021/jp0768524.

Посилання[ред.ред. код]