Praséodymeest le troisième élément lanthanide le plus abondant dans le tableau périodique des éléments chimiques, avec une abondance de 9,5 ppm dans la croûte, soit seulement moins quecérium, yttrium,lanthane, etscandium. C'est le cinquième élément le plus abondant dans les terres rares. Mais tout comme son nom,praséodymeest un membre simple et sans fioritures de la famille des terres rares.
CF Auer Von Welsbach a découvert le praséodyme en 1885.
En 1751, le minéralogiste suédois Axel Fredrik Cronstedt a découvert dans la zone minière de Bastnäs un minéral lourd, qui fut plus tard nommé cérite. Trente ans plus tard, Vilhelm Hisinger, quinze ans, de la famille propriétaire de la mine, envoya ses échantillons à Carl Scheele, mais il ne découvrit aucun nouvel élément. En 1803, après que Singer soit devenu forgeron, il retourna dans la zone minière avec Jö ns Jacob Berzelius et sépara un nouvel oxyde, la planète naine Cérès, qu'ils découvrirent il y a deux ans. Ceria a été séparée indépendamment par Martin Heinrich Klaproth en Allemagne.
Entre 1839 et 1843, le chirurgien et chimiste suédois Carl Gustaf Mosander découvrit queoxyde de cériumétait un mélange d'oxydes. Il sépara deux autres oxydes, qu'il appela lanthana et didymia « didymia » (qui signifie « jumeaux » en grec). Il a partiellement décomposé lenitrate de cériuméchantillon en le rôtissant à l’air, puis en le traitant avec de l’acide nitrique dilué pour obtenir l’oxyde. Les métaux qui forment ces oxydes sont donc nomméslanthaneetpraséodyme.
En 1885, CF Auer Von Welsbach, un Autrichien qui a inventé le couvercle de gaze pour lampe à vapeur de thorium et de cérium, a réussi à séparer le « néodyme praséodyme », les « jumeaux siamois », à partir desquels le sel de praséodyme vert et le sel de néodyme rose ont été séparés et déterminés comme étant deux nouveaux éléments. L'un d'eux s'appelle « Praséodyme », qui vient du mot grec prason, qui signifie composé vert, car une solution d'eau salée de praséodyme présentera une couleur vert vif ; L'autre élément est nommé "Néodyme« . La séparation réussie des « jumeaux siamois » leur a permis d’exprimer leurs talents de manière indépendante.
Métal blanc argenté, doux et ductile. Le praséodyme a une structure cristalline hexagonale à température ambiante. La résistance à la corrosion dans l'air est plus forte que celle du lanthane, du cérium, du néodyme et de l'europium, mais lorsqu'elle est exposée à l'air, une couche d'oxyde noir fragile est produite et un échantillon de praséodyme métallique d'un centimètre se corrode complètement en un an environ.
Comme la plupartéléments de terres rares, le praséodyme est le plus susceptible de former un état d'oxydation a+3, qui est son seul état stable dans les solutions aqueuses. Le praséodyme existe dans un état d'oxydation a+4 dans certains composés solides connus, et dans des conditions de séparation matricielle, il peut atteindre un état d'oxydation unique +5 parmi les éléments lanthanides.
L'ion praséodyme aqueux est la chartreuse, et de nombreuses utilisations industrielles du praséodyme impliquent sa capacité à filtrer la lumière jaune dans les sources lumineuses.
Disposition électronique du praséodyme
Émissions électroniques :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
Les 59 électrons du praséodyme sont disposés comme [Xe] 4f36s2. Théoriquement, les cinq électrons externes peuvent être utilisés comme électrons de valence, mais l’utilisation des cinq électrons externes nécessite des conditions extrêmes. Généralement, le praséodyme n’émet que trois ou quatre électrons dans ses composés. Le praséodyme est le premier élément lanthanide avec une configuration électronique conforme au principe Aufbau. Son orbitale 4f a des niveaux d'énergie inférieurs à ceux de l'orbitale 5d, ce qui n'est pas applicable au lanthane et au cérium, car la contraction soudaine de l'orbitale 4f ne se produit qu'après le lanthane et n'est pas suffisante pour éviter d'occuper la coque 5d en cérium. Néanmoins, le praséodyme solide présente une configuration [Xe] 4f25d16s2, dans laquelle un électron de la couche 5d ressemble à tous les autres éléments lanthanides trivalents (à l'exception de l'europium et de l'ytterbium, qui sont divalents dans les états métalliques).
Comme la plupart des éléments lanthanides, le praséodyme n'utilise généralement que trois électrons comme électron de valence, et les électrons 4f restants ont un fort effet de liaison : en effet, l'orbite 4f traverse le noyau inerte de xénon de l'électron pour atteindre le noyau, suivi par 5d et 6s. , et augmente avec l'augmentation de la charge ionique. Cependant, le praséodyme peut encore continuer à perdre le quatrième et même occasionnellement le cinquième électron de valence, car il apparaît très tôt dans le système des lanthanides, où la charge nucléaire est encore suffisamment faible et l'énergie de la sous-couche 4f est suffisamment élevée pour permettre l'élimination des électrons de valence. plus d'électrons de valence.
Praséodyme et tous les éléments lanthanides (sauflanthane, ytterbiumetlutétium, il n'y a pas d'électrons 4f non appariés) sont du paramagnétisme à température ambiante. Contrairement à d'autres métaux des terres rares qui présentent un ordre antiferromagnétique ou ferromagnétique à basse température, le praséodyme est un paramagnétisme à toutes les températures supérieures à 1K.
Application du praséodyme
Le praséodyme est principalement utilisé sous forme de mélanges de terres rares, par exemple comme agent purifiant et modificateur pour les matériaux métalliques, les catalyseurs chimiques, les terres rares agricoles, etc.Praséodyme néodymeest la paire d'éléments de terres rares la plus similaire et la plus difficile à séparer, difficile à séparer par des méthodes chimiques. La production industrielle utilise généralement des méthodes d'extraction et d'échange d'ions. S'ils sont utilisés par paires sous forme de néodyme praséodyme enrichi, leur point commun peut être pleinement utilisé et le prix est également moins cher que les produits à élément unique.
Alliage de néodyme praséodyme(praséodyme néodyme métal)est devenu un produit indépendant, qui peut être utilisé à la fois comme matériau à aimant permanent et comme additif de modification pour les alliages de métaux non ferreux. L'activité, la sélectivité et la stabilité du catalyseur de craquage du pétrole peuvent être améliorées en ajoutant du concentré de praséodyme et de néodyme dans un tamis moléculaire de zéolite Y. En tant qu'additif de modification plastique, l'ajout d'un enrichissement en néodyme praséodyme au polytétrafluoroéthylène (PTFE) peut améliorer considérablement la résistance à l'usure du PTFE.
Terre rareLes matériaux à aimants permanents constituent aujourd’hui le domaine d’application des terres rares le plus populaire. Le praséodyme seul n’est pas exceptionnel en tant que matériau à aimant permanent, mais c’est un excellent élément synergique qui peut améliorer les propriétés magnétiques. L'ajout d'une quantité appropriée de praséodyme peut améliorer efficacement les performances des matériaux à aimants permanents. Il peut également améliorer les performances antioxydantes (résistance à la corrosion aérienne) et les propriétés mécaniques des aimants, et a été largement utilisé dans divers appareils électroniques et moteurs.
Le praséodyme peut également être utilisé pour le meulage et le polissage de matériaux. Comme nous le savons tous, la poudre de polissage à base de cérium pur est généralement jaune clair, ce qui est un matériau de polissage de haute qualité pour le verre optique et a remplacé la poudre rouge d'oxyde de fer qui a une faible efficacité de polissage et pollue l'environnement de production. Les gens ont découvert que le praséodyme possède de bonnes propriétés de polissage. La poudre de polissage de terres rares contenant du praséodyme apparaîtra brun rougeâtre, également connue sous le nom de « poudre rouge », mais cette couleur rouge n'est pas un rouge d'oxyde de fer, mais en raison de la présence d'oxyde de praséodyme, la couleur de la poudre de polissage de terres rares devient plus foncée. Le praséodyme a également été utilisé comme nouveau matériau de broyage pour fabriquer des meules en corindon contenant du praséodyme. Par rapport à l'alumine blanche, l'efficacité et la durabilité peuvent être améliorées de plus de 30 % lors du meulage de l'acier de construction au carbone, de l'acier inoxydable et des alliages à haute température. Afin de réduire les coûts, des matériaux enrichis en praséodyme néodyme étaient souvent utilisés comme matières premières dans le passé, d'où le nom de meule en corindon praséodyme néodyme.
Des cristaux de silicate dopés aux ions praséodyme ont été utilisés pour ralentir les impulsions lumineuses jusqu'à plusieurs centaines de mètres par seconde.
L’ajout d’oxyde de praséodyme au silicate de zirconium deviendra jaune vif et pourra être utilisé comme pigment céramique – le jaune de praséodyme. Le jaune de praséodyme (Zr02-Pr6Oll-Si02) est considéré comme le meilleur pigment céramique jaune, qui reste stable jusqu'à 1 000 ℃ et peut être utilisé pour des processus uniques ou de recombustion.
Le praséodyme est également utilisé comme colorant pour le verre, avec des couleurs riches et un grand marché potentiel. Des produits en verre vert praséodyme avec des couleurs vert poireau et vert échalote peuvent être produits, qui peuvent être utilisés pour produire des filtres verts et également pour le verre d'art et d'artisanat. L'ajout d'oxyde de praséodyme et d'oxyde de cérium au verre peut être utilisé comme lunettes de soudage. Le sulfure de praséodyme peut également être utilisé comme colorant plastique vert.
Heure de publication : 29 mai 2023