العنصر السحري الأرضي النادر - البراسيوديميوم

براسيوديميومهو ثالث عنصر اللانثانيد الأكثر وفرة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، مع وفرة قدرها 9.5 جزء في المليون في القشرة، أي أقل فقط منالسيريوم, الإيتريوم,اللانثانم، وسكانديوم. وهو خامس أكثر العناصر وفرة في التربة النادرة. لكن مثل اسمه تماماالبراسيوديميومهو عضو بسيط وغير مزخرف في عائلة الأرض النادرة.

اكتشف CF Auer Von Welsbach البراسيوديميوم في عام 1885.

في عام 1751، اكتشف عالم المعادن السويدي أكسل فريدريك كرونستيدت معدنًا ثقيلًا في منطقة التعدين باستن أس، والذي سُمي فيما بعد بالسيريت. وبعد ثلاثين عامًا، أرسل فيلهلم هيسينجر، البالغ من العمر خمسة عشر عامًا، من العائلة المالكة للمنجم، عيناته إلى كارل شيل، لكنه لم يكتشف أي عناصر جديدة. في عام 1803، بعد أن أصبح سينجر حدادًا، عاد إلى منطقة التعدين مع يونس جاكوب بيرسيليوس وفصلا أكسيدًا جديدًا، وهو الكوكب القزم سيريس، الذي اكتشفاه قبل عامين. تم فصل سيريا بشكل مستقل بواسطة مارتن هاينريش كلابروث في ألمانيا.

بين عامي 1839 و1843، اكتشف الجراح والكيميائي السويدي كارل غوستاف موساندر أنأكسيد السيريومكان خليطًا من الأكاسيد. قام بفصل أكسيدين آخرين، أطلق عليهما اسم اللانثانا وديديميا، أي "ديديميا" (أي "التوائم" باللغة اليونانية). لقد تحلل جزئيانترات السيريوموذلك بتحميصها في الهواء، ثم معالجتها بحمض النيتريك المخفف للحصول على الأكسيد. ومن ثم يتم تسمية المعادن التي تشكل هذه الأكاسيداللانثانموالبراسيوديميوم.

في عام 1885، نجح النمساوي أوير فون ويلسباخ، الذي اخترع غطاء الشاش الخاص بمصباح بخار السيريوم الثوريوم، في فصل "نيوديميوم البراسيوديميوم"، "التوائم الملتصقة"، حيث تم فصل ملح البراسيوديميوم الأخضر وملح النيوديميوم الوردي اللون وتحديدهما. عنصرين جديدين. أحدهما يسمى "البراسيوديميوم"، وهو يأتي من الكلمة اليونانية "براسون"، وتعني المركب الأخضر لأن محلول ماء البراسيوديميوم المالح سيعطي لونًا أخضرًا ساطعًا؛ العنصر الآخر اسمه "النيوديميوم". وقد مكنهم الانفصال الناجح لـ "التوأم الملتصق" من عرض مواهبهم بشكل مستقل.

معدن البراسيوديميوم

معدن أبيض فضي، ناعم ومرن. يمتلك البراسيوديميوم بنية بلورية سداسية في درجة حرارة الغرفة. مقاومة التآكل في الهواء أقوى من مقاومة اللانثانم والسيريوم والنيوديميوم واليوروبيوم، ولكن عند تعرضها للهواء، يتم إنتاج طبقة من الأكسيد الأسود الهش، وتتآكل عينة معدن البراسيوديميوم بحجم سنتيمتر واحد تمامًا في غضون عام تقريبًا.

مثل معظمالعناصر الأرضية النادرةمن المرجح أن يشكل البراسيوديميوم حالة أكسدة +3، وهي حالته المستقرة الوحيدة في المحاليل المائية. يوجد البراسيوديميوم في حالة أكسدة +4 في بعض المركبات الصلبة المعروفة، وتحت ظروف فصل المصفوفة، يمكن أن يصل إلى حالة أكسدة +5 فريدة بين عناصر اللانثانيد.

أيون البراسيوديميوم المائي هو من مادة شارتروز، والعديد من الاستخدامات الصناعية للبراسيوديميوم تنطوي على قدرته على تصفية الضوء الأصفر في مصادر الضوء.

التخطيط الإلكتروني للبراسيوديميوم

الانبعاثات الإلكترونية:

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

يتم ترتيب إلكترونات البراسيوديميوم البالغ عددها 59 على الشكل [Xe] 4f36s2. من الناحية النظرية، يمكن استخدام جميع الإلكترونات الخارجية الخمسة كإلكترون تكافؤ، ولكن استخدام جميع الإلكترونات الخارجية الخمسة يتطلب ظروفًا قاسية. بشكل عام، يصدر البراسيوديميوم ثلاثة أو أربعة إلكترونات فقط في مركباته. البراسيوديميوم هو أول عنصر لانثانيد ذو تكوين إلكتروني يتوافق مع مبدأ أوفباو. يتمتع مداره 4f بمستويات طاقة أقل من المدار 5d، وهو ما لا ينطبق على اللانثانوم والسيريوم، حيث أن الانكماش المفاجئ للمدار 4f لا يحدث إلا بعد اللانثانوم ولا يكفي لتجنب احتلال الغلاف 5d في السيريوم. ومع ذلك، فإن البراسيوديميوم الصلب يُظهر تكوين [Xe] 4f25d16s2، حيث يشبه إلكترون واحد في الغلاف 5d جميع عناصر اللانثانيدات ثلاثية التكافؤ الأخرى (باستثناء اليوروبيوم والإيتربيوم، وهما ثنائي التكافؤ في الحالات المعدنية).

مثل معظم عناصر اللانثانيدات، يستخدم البراسيوديميوم عادةً ثلاثة إلكترونات فقط كإلكترون تكافؤ، والإلكترونات 4f المتبقية لها تأثير ربط قوي: وذلك لأن مدار 4f يمر عبر قلب الزينون الخامل للإلكترون للوصول إلى النواة، يليه مدار 5d و6s ، ويزداد مع زيادة الشحنة الأيونية. ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن يستمر البراسيوديميوم في فقدان إلكترون التكافؤ الرابع وحتى في بعض الأحيان الخامس، لأنه يظهر مبكرًا جدًا في نظام اللانثانيدات، حيث لا تزال الشحنة النووية منخفضة بدرجة كافية، وتكون طاقة الغلاف الفرعي 4f عالية بما يكفي للسماح بإزالة الإلكترونات. المزيد من الإلكترون التكافؤ.

البراسيوديميوم وجميع عناصر اللانثانيدات (ما عدااللانثانم, الإيتربيومواللوتيتيوم، لا توجد إلكترونات غير متزاوجة 4f) هي مغناطيسية مسايرة في درجة حرارة الغرفة. على عكس المعادن الأرضية النادرة الأخرى التي تظهر ترتيبًا مغناطيسيًا مضادًا أو مغناطيسيًا حديديًا عند درجات حرارة منخفضة، فإن البراسيوديميوم يتمتع بمغناطيسية مسايرة في جميع درجات الحرارة التي تزيد عن 1K

تطبيق البراسيوديميوم

يستخدم البراسيوديميوم في الغالب على شكل أتربة نادرة مختلطة، مثل عامل تنقية وتعديل للمواد المعدنية، والمحفزات الكيميائية، والأتربة الزراعية النادرة، وما إلى ذلك.براسيوديميوم نيوديميومهو الزوج الأكثر تشابهاً وصعوبة في فصل العناصر الأرضية النادرة، ويصعب فصله بالطرق الكيميائية. يستخدم الإنتاج الصناعي عادةً طرق الاستخلاص والتبادل الأيوني. إذا تم استخدامها في أزواج على شكل نيوديميوم براسيوديميوم مخصب، فيمكن الاستفادة من قواسمها المشتركة بالكامل، كما أن السعر أرخص من المنتجات ذات العنصر الواحد.

سبائك البراسيوديميوم النيوديميوم(معدن البراسيوديميوم والنيوديميوم)أصبح منتجًا مستقلاً يمكن استخدامه كمادة مغناطيسية دائمة ومضاف تعديل لسبائك المعادن غير الحديدية. يمكن تحسين النشاط والانتقائية والاستقرار لمحفز تكسير البترول عن طريق إضافة تركيز نيوديميوم البراسيوديميوم إلى المنخل الجزيئي للزيوليت Y. باعتبارها مادة مضافة لتعديل البلاستيك، فإن إضافة تخصيب البراسيوديميوم النيوديميوم إلى متعدد رباعي فلورو إيثيلين (PTFE) يمكن أن يحسن بشكل كبير من مقاومة التآكل لـ PTFE.

الأرض النادرةتعد المواد ذات المغناطيس الدائم المجال الأكثر شيوعًا لتطبيقات الأتربة النادرة اليوم. البراسيوديميوم وحده لا يعتبر مادة مغناطيسية دائمة، لكنه عنصر تآزري ممتاز يمكنه تحسين الخواص المغناطيسية. إن إضافة كمية مناسبة من البراسيوديميوم يمكن أن يحسن بشكل فعال أداء المواد ذات المغناطيس الدائم. يمكنه أيضًا تحسين أداء مضادات الأكسدة (مقاومة تآكل الهواء) والخصائص الميكانيكية للمغناطيس، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية والمحركات المختلفة.

ويمكن أيضًا استخدام البراسيوديميوم في طحن وتلميع المواد. كما نعلم جميعًا، فإن مسحوق التلميع المعتمد على السيريوم النقي عادة ما يكون أصفر فاتح، وهو مادة تلميع عالية الجودة للزجاج البصري، وقد حل محل مسحوق أكسيد الحديد الأحمر الذي يتميز بكفاءة تلميع منخفضة ويلوث بيئة الإنتاج. لقد وجد الناس أن البراسيوديميوم له خصائص تلميع جيدة. سوف يظهر مسحوق تلميع الأتربة النادرة الذي يحتوي على البراسيوديميوم باللون البني المحمر، المعروف أيضًا باسم "المسحوق الأحمر"، ولكن هذا اللون الأحمر ليس أحمر أكسيد الحديد، ولكن بسبب وجود أكسيد البراسيوديميوم، يصبح لون مسحوق تلميع الأتربة النادرة أغمق. كما تم استخدام البراسيوديميوم كمادة طحن جديدة لصنع عجلات طحن اكسيد الالمونيوم التي تحتوي على البراسيوديميوم. بالمقارنة مع الألومينا البيضاء، يمكن تحسين الكفاءة والمتانة بنسبة تزيد عن 30% عند طحن الفولاذ الهيكلي الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية. من أجل تقليل التكاليف، غالبًا ما كانت المواد المخصبة بالبراسيوديميوم النيوديميوم تستخدم كمواد خام في الماضي، ومن هنا جاء اسم عجلة طحن البراسيوديميوم النيوديميوم اكسيد الالمونيوم.

تم استخدام بلورات السيليكات المشبعة بأيونات البراسيوديميوم لإبطاء نبضات الضوء إلى عدة مئات من الأمتار في الثانية.

إن إضافة أكسيد البراسيوديميوم إلى سيليكات الزركونيوم سيتحول إلى اللون الأصفر الفاتح ويمكن استخدامه كصبغة سيراميك - أصفر البراسيوديميوم. يعتبر أصفر البراسيوديميوم (Zr02-Pr6Oll-Si02) أفضل صبغة سيراميك صفراء، والتي تظل ثابتة عند درجة حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية ويمكن استخدامها لمرة واحدة أو عمليات إعادة الحرق.

يستخدم البراسيوديميوم أيضًا كملون للزجاج، بألوان غنية وسوق محتملة كبيرة. يمكن إنتاج منتجات زجاجية خضراء من البراسيوديميوم بألوان خضراء زاهية وأخضر بصل أخضر، والتي يمكن استخدامها لإنتاج المرشحات الخضراء وأيضًا لزجاج الفنون والحرف اليدوية. يمكن استخدام إضافة أكسيد البراسيوديميوم وأكسيد السيريوم إلى الزجاج كنظارات واقية للحام. يمكن أيضًا استخدام كبريتيد البراسيوديميوم كملون بلاستيكي أخضر.