Praseodimioè il terzo elemento lantanide più abbondante nella tavola periodica degli elementi chimici, con un'abbondanza di 9,5 ppm nella crosta, solo inferiore acerio, ittrio,lantanio, EscandioÈ il quinto elemento più abbondante nelle terre rare. Ma proprio come il suo nome,praseodimioè un membro semplice e sobrio della famiglia delle terre rare.
CF Auer Von Welsbach scoprì il praseodimio nel 1885.
Nel 1751, il mineralogista svedese Axel Fredrik Cronstedt trovò un minerale pesante nella zona mineraria di Bastnäs, che in seguito fu chiamato cerite. Trent'anni dopo, il quindicenne Vilhelm Hisinger, della famiglia proprietaria della miniera, inviò i suoi campioni a Carl Scheele, ma non scoprì alcun nuovo elemento. Nel 1803, dopo che Singer divenne fabbro, tornò nella zona mineraria con Jöns Jacob Berzelius e separò un nuovo ossido, il pianeta nano Cerere, che scoprirono due anni prima. La cerite fu separata indipendentemente da Martin Heinrich Klaproth in Germania.
Tra il 1839 e il 1843, il chirurgo e chimico svedese Carl Gustaf Mosander scoprì cheossido di cerioera una miscela di ossidi. Separò altri due ossidi, che chiamò lanthana e didymia (didymia, che in greco significa "gemelli"). Decompose parzialmente ilnitrato di ceriocampione tostandolo all'aria e poi trattandolo con acido nitrico diluito per ottenere l'ossido. I metalli che formano questi ossidi sono quindi chiamatilantanioEpraseodimio.
Nel 1885, CF Auer Von Welsbach, un austriaco che inventò la copertura di garza per lampade a vapori di torio e cerio, separò con successo il "praseodimio neodimio", i "gemelli siamesi", da cui furono separati il sale di praseodimio verde e il sale di neodimio rosa, che furono identificati come due nuovi elementi. Uno è chiamato "praseodimio", che deriva dalla parola greca prason, che significa composto verde, perché una soluzione di acqua salata di praseodimio presenta un colore verde brillante; l'altro elemento è chiamato "Neodimio“. La separazione riuscita dei “gemelli siamesi” ha permesso loro di mostrare i loro talenti in modo indipendente.
Metallo bianco argenteo, morbido e duttile. Il praseodimio ha una struttura cristallina esagonale a temperatura ambiente. La resistenza alla corrosione in aria è maggiore di quella di lantanio, cerio, neodimio ed europio, ma quando esposto all'aria, si forma uno strato di fragile ossido nero e un campione di praseodimio metallico di un centimetro si corrode completamente nel giro di circa un anno.
Come la maggior parteelementi delle terre rare, il praseodimio ha maggiori probabilità di formare lo stato di ossidazione a+3, che è il suo unico stato stabile in soluzioni acquose. Il praseodimio esiste nello stato di ossidazione a+4 in alcuni composti solidi noti e, in condizioni di separazione della matrice, può raggiungere l'unico stato di ossidazione +5 tra i lantanidi.
Lo ione praseodimio acquoso è di colore chartreuse e molti usi industriali del praseodimio riguardano la sua capacità di filtrare la luce gialla nelle sorgenti luminose.
Layout elettronico del praseodimio
Emissioni elettroniche:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
I 59 elettroni del praseodimio sono disposti come [Xe] 4f36s2. Teoricamente, tutti e cinque gli elettroni esterni possono essere utilizzati come elettroni di valenza, ma l'uso di tutti e cinque gli elettroni esterni richiede condizioni estreme. Generalmente, il praseodimio emette solo tre o quattro elettroni nei suoi composti. Il praseodimio è il primo elemento lantanide con una configurazione elettronica conforme al principio di Aufbau. Il suo orbitale 4f ha livelli energetici inferiori a quelli dell'orbitale 5d, il che non è applicabile al lantanio e al cerio, poiché la brusca contrazione dell'orbitale 4f si verifica solo dopo il lantanio e non è sufficiente a evitare l'occupazione del guscio 5d nel cerio. Tuttavia, il praseodimio solido presenta una configurazione [Xe] 4f25d16s2, in cui un elettrone nello strato 5d assomiglia a tutti gli altri elementi lantanidi trivalenti (ad eccezione dell'europio e dell'itterbio, che sono bivalenti negli stati metallici).
Come la maggior parte degli elementi lantanidi, il praseodimio utilizza solitamente solo tre elettroni come elettroni di valenza, e i restanti elettroni 4f hanno un forte effetto legante: questo perché l'orbita 4f attraversa il nucleo inerte di xeno dell'elettrone per raggiungere il nucleo, seguita da 5d e 6s, e aumenta con l'aumento della carica ionica. Tuttavia, il praseodimio può continuare a perdere il quarto e occasionalmente anche il quinto elettrone di valenza, perché questo compare molto presto nel sistema dei lantanidi, dove la carica nucleare è ancora sufficientemente bassa e l'energia del sottolivello 4f è sufficientemente elevata da consentire la rimozione di ulteriori elettroni di valenza.
Praseodimio e tutti gli elementi lantanidi (trannelantanio, itterbioElutezio, non ci sono elettroni spaiati 4f) sono paramagnetici a temperatura ambiente. A differenza di altri metalli delle terre rare che mostrano un ordinamento antiferromagnetico o ferromagnetico a basse temperature, il praseodimio è paramagnetico a tutte le temperature superiori a 1 K.
Applicazione del praseodimio
Il praseodimio è utilizzato principalmente sotto forma di terre rare miste, ad esempio come agente purificante e modificante per materiali metallici, catalizzatori chimici, terre rare agricole e così via.Praseodimio neodimioÈ la coppia di elementi delle terre rare più simile e difficile da separare, difficile da separare con metodi chimici. La produzione industriale utilizza solitamente metodi di estrazione e scambio ionico. Se vengono utilizzati in coppia sotto forma di praseodimio-neodimio arricchito, la loro comunanza può essere pienamente sfruttata e il prezzo è anche più conveniente rispetto ai prodotti costituiti da un singolo elemento.
Lega di praseodimio e neodimio(praseodimio neodimio metallico)è diventato un prodotto indipendente, utilizzabile sia come materiale magnetico permanente che come additivo di modifica per leghe metalliche non ferrose. L'attività, la selettività e la stabilità del catalizzatore per il cracking del petrolio possono essere migliorate aggiungendo concentrato di praseodimio-neodimio al setaccio molecolare di zeolite Y. Come additivo di modifica per la plastica, l'aggiunta di un arricchimento di praseodimio-neodimio al politetrafluoroetilene (PTFE) può migliorare significativamente la resistenza all'usura del PTFE.
Terre rareI materiali magnetici permanenti rappresentano oggi il campo di applicazione più diffuso per le terre rare. Il praseodimio, da solo, non è eccezionale come materiale magnetico permanente, ma è un eccellente elemento sinergico in grado di migliorare le proprietà magnetiche. L'aggiunta di una quantità adeguata di praseodimio può migliorare efficacemente le prestazioni dei materiali magnetici permanenti. Può anche migliorare le prestazioni antiossidanti (resistenza alla corrosione atmosferica) e le proprietà meccaniche dei magneti, ed è stato ampiamente utilizzato in vari dispositivi elettronici e motori.
Il praseodimio può essere utilizzato anche per la levigatura e la lucidatura di materiali. Come tutti sappiamo, la polvere lucidante a base di cerio puro è solitamente di colore giallo chiaro, un materiale di lucidatura di alta qualità per il vetro ottico, e ha sostituito la polvere rossa di ossido di ferro, che ha una bassa efficienza di lucidatura e inquina l'ambiente di produzione. È stato scoperto che il praseodimio ha buone proprietà lucidanti. La polvere lucidante di terre rare contenente praseodimio apparirà di un marrone rossastro, noto anche come "polvere rossa", ma questo colore rosso non è dovuto all'ossido di ferro, ma a causa della presenza di ossido di praseodimio, il colore della polvere lucidante di terre rare diventa più scuro. Il praseodimio è stato utilizzato anche come nuovo materiale di rettifica per realizzare mole abrasive in corindone contenenti praseodimio. Rispetto all'allumina bianca, l'efficienza e la durata possono essere migliorate di oltre il 30% nella rettifica di acciaio strutturale al carbonio, acciaio inossidabile e leghe ad alta temperatura. Per ridurre i costi, in passato venivano spesso utilizzati come materie prime materiali arricchiti con praseodimio e neodimio, da cui il nome mola abrasiva in corindone praseodimio e neodimio.
Cristalli di silicato drogati con ioni di praseodimio sono stati utilizzati per rallentare gli impulsi luminosi a diverse centinaia di metri al secondo.
L'aggiunta di ossido di praseodimio al silicato di zirconio conferisce un colore giallo brillante e può essere utilizzato come pigmento ceramico: il giallo praseodimio. Il giallo praseodimio (ZrO2-Pr6Oll-SiO2) è considerato il miglior pigmento ceramico giallo, stabile fino a 1000 °C e utilizzabile per processi di cottura singola o ripetuta.
Il praseodimio è anche utilizzato come colorante per il vetro, con colori intensi e un grande potenziale di mercato. È possibile produrre prodotti in vetro verde praseodimio con brillanti tonalità verde porro e verde cipollotto, utilizzabili per la produzione di filtri verdi e anche per il vetro per applicazioni artistiche e artigianali. L'aggiunta di ossido di praseodimio e ossido di cerio al vetro può essere utilizzata come occhiali protettivi per la saldatura. Anche il solfuro di praseodimio può essere utilizzato come colorante verde per la plastica.
Data di pubblicazione: 29 maggio 2023