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, seulement inférieure àcérium, yttrium,lanthane, etscandiumC'est le cinquième élément le plus abondant parmi les terres rares. Mais, tout comme son nom l'indique,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 découvrit un minéral lourd dans la zone minière de Bastnäs, qui fut plus tard nommé cérite. Trente ans plus tard, Vilhelm Hisinger, alors âgé de quinze ans et issu de la famille propriétaire de la mine, envoya ses échantillons à Carl Scheele, mais il ne découvrit aucun nouvel élément. En 1803, devenu forgeron, Singer retourna dans la zone minière avec Jöns Jacob Berzelius et sépara un nouvel oxyde, la planète naine Cérès, découverte deux ans auparavant. La cérite fut séparée indépendamment par Martin Heinrich Klaproth en Allemagne.
Entre 1839 et 1843, le chirurgien et chimiste suédois Carl Gustaf Mosander a découvert queoxyde de cériumétait un mélange d'oxydes. Il sépara deux autres oxydes, qu'il appela lanthane et didymia « didymia » (qui signifie « jumeaux » en grec). Il décomposa partiellement lenitrate de cériumL'échantillon est obtenu par grillage à l'air libre, puis traité à l'acide nitrique dilué pour obtenir l'oxyde. Les métaux qui forment ces oxydes sont donc appeléslanthaneetpraséodyme.
En 1885, CF Auer Von Welsbach, un Autrichien qui inventa la gaze pour lampe à vapeur de thorium et de cérium, réussit à séparer le « praséodyme-néodyme », les « jumeaux conjoints », à partir desquels on sépara le sel de praséodyme vert et le sel de néodyme rose, deux nouveaux éléments. L'un est appelé « praséodyme », du grec prason, qui signifie composé vert, car une solution aqueuse de sel de praséodyme présente une couleur vert vif ; l'autre élément est appelé «Néodyme« La séparation réussie des « jumeaux siamois » leur a permis de montrer leurs talents de manière indépendante.
Métal blanc argenté, tendre et ductile. Le praséodyme présente une structure cristalline hexagonale à température ambiante. Sa résistance à la corrosion à l'air est supérieure à celle du lanthane, du cérium, du néodyme et de l'europium. Cependant, une fois exposé à l'air, il produit une couche d'oxyde noir fragile, et un échantillon de praséodyme métallique d'un centimètre se corrode complètement en un an environ.
Comme la plupartéléments des terres raresLe praséodyme est le plus susceptible de former un état d'oxydation a+3, qui est son seul état stable en solution aqueuse. Le praséodyme existe à l'état d'oxydation a+4 dans certains composés solides connus et, dans des conditions de séparation matricielle, il peut atteindre un état d'oxydation +5 unique parmi les éléments lanthanides.
L'ion praséodyme aqueux est chartreux et de nombreuses utilisations industrielles du praséodyme impliquent sa capacité à filtrer la lumière jaune dans les sources lumineuses.
Disposition électronique en 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 leur utilisation nécessite des conditions extrêmes. En général, le praséodyme n'émet que trois ou quatre électrons dans ses composés. Le praséodyme est le premier élément lanthanide dont la configuration électronique est conforme au principe d'Aufbau. Son orbitale 4f présente 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 couche 5d du cérium. Néanmoins, le praséodyme solide présente une configuration [Xe] 4f25d16s2, où 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 à l'état métallique).
Comme la plupart des éléments lanthanides, le praséodyme n'utilise généralement que trois électrons comme électrons de valence, les électrons 4f restants ayant un fort effet de liaison : cela s'explique par le fait que l'orbite 4f traverse le noyau inerte de xénon de l'électron pour atteindre le noyau, suivie par les électrons 5d et 6s, et augmente avec l'augmentation de la charge ionique. Cependant, le praséodyme peut continuer à perdre le quatrième, voire parfois le cinquième électron de valence, car il apparaît très tôt dans le système lanthanide, où la charge nucléaire est encore suffisamment faible et l'énergie de la sous-couche 4f suffisamment élevée pour permettre la perte d'un électron de valence supplémentaire.
Praséodyme et tous les éléments lanthanides (sauflanthane, ytterbiumetlutécium, il n'y a pas d'électrons 4f non appariés) sont paramagnétiques à température ambiante. Contrairement aux autres terres rares qui présentent un ordre antiferromagnétique ou ferromagnétique à basse température, le praséodyme est paramagnétique à toutes les températures supérieures à 1 K.
Application du praséodyme
Le praséodyme est principalement utilisé sous forme de terres rares mixtes, comme agent de purification et de modification pour les matériaux métalliques, les catalyseurs chimiques, les terres rares agricoles, etc.praséodyme néodymeIl s'agit de la paire 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. Utilisés par paires sous forme de praséodyme-néodyme enrichi, ils permettent d'exploiter pleinement leurs points communs, et leur prix est également inférieur à celui des produits à élément unique.
Alliage praséodyme-néodyme(praséodyme néodyme métal)est devenu un produit indépendant, utilisable à la fois comme matériau d'aimant permanent et comme additif de modification pour les alliages de métaux non ferreux. L'activité, la sélectivité et la stabilité des catalyseurs de craquage pétrolier peuvent être améliorées par l'ajout d'un concentré de praséodyme-néodyme au tamis moléculaire de zéolite Y. En tant qu'additif de modification plastique, l'enrichissement en praséodyme-néodyme du polytétrafluoroéthylène (PTFE) peut améliorer considérablement la résistance à l'usure du PTFE.
Terres raresLes matériaux pour aimants permanents constituent aujourd'hui le domaine d'application des terres rares le plus populaire. Le praséodyme seul n'est pas un matériau d'aimant permanent exceptionnel, mais il constitue un excellent élément synergique capable d'améliorer les propriétés magnétiques. L'ajout d'une quantité appropriée de praséodyme peut améliorer efficacement les performances des matériaux pour aimants permanents. Il peut également améliorer les performances antioxydantes (résistance à la corrosion atmosphérique) et les propriétés mécaniques des aimants. Il est largement utilisé dans divers appareils électroniques et moteurs.
Le praséodyme peut également être utilisé pour le meulage et le polissage des matériaux. Comme chacun sait, la poudre de polissage à base de cérium pur est généralement jaune clair, ce qui en fait un matériau de polissage de haute qualité pour le verre optique. Elle a remplacé la poudre rouge d'oxyde de fer, peu efficace et polluante pour l'environnement de production. Les propriétés de polissage du praséodyme ont été démontrées. La poudre de polissage à base de terres rares contenant du praséodyme présente une couleur brun rougeâtre, également appelée « poudre rouge ». Cette couleur rouge n'est pas celle du rouge d'oxyde de fer. En raison de la présence d'oxyde de praséodyme, la couleur de la poudre de polissage à base de terres rares devient plus foncée. Le praséodyme a également été utilisé comme nouveau matériau de meulage pour la fabrication de meules en corindon contenant du praséodyme. Comparé à l'alumine blanche, le meulage de l'acier de construction au carbone, de l'acier inoxydable et des alliages haute température permet d'améliorer l'efficacité et la durabilité de plus de 30 %. Afin de réduire les coûts, les 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 avec des ions praséodyme ont été utilisés pour ralentir les impulsions lumineuses à plusieurs centaines de mètres par seconde.
L'ajout d'oxyde de praséodyme au silicate de zirconium lui donne une couleur jaune vif et peut être utilisé comme pigment céramique : le jaune praséodyme. Le jaune praséodyme (ZrO₂-Pr₆O₃-SiO₂) est considéré comme le meilleur pigment céramique jaune. Il reste stable jusqu'à 1 000 °C et peut être utilisé pour des procédés de cuisson ponctuelle ou de recuisson.
Le praséodyme est également utilisé comme colorant pour le verre, offrant des couleurs riches et un marché prometteur. Il permet de produire des produits en verre vert praséodyme, aux couleurs vives vert poireau et vert échalote, pour la fabrication de filtres verts et de verres pour l'artisanat. L'ajout d'oxyde de praséodyme et d'oxyde de cérium au verre permet de fabriquer des lunettes de protection pour le soudage. Le sulfure de praséodyme peut également être utilisé comme colorant vert pour plastique.
Date de publication : 29 mai 2023