프라세오디뮴화학 원소 주기율표에서 세 번째로 풍부한 란타넘족 원소로 지각에서 9.5ppm으로 존재하며,세륨, 이트륨,란탄, 그리고스칸듐. 희토류 원소 중 다섯 번째로 풍부한 원소입니다. 하지만 이름처럼프라세오디뮴희토류 원소 계열의 단순하고 꾸밈없는 구성원입니다.
CF 아우어 폰 벨스바흐는 1885년에 프라세오디뮴을 발견했습니다.
1751년 스웨덴의 광물학자 악셀 프레드리크 크론스테트는 바스트네스 광산 지역에서 중광물을 발견했는데, 이 광물은 나중에 세라이트(cerite)로 명명되었습니다. 30년 후, 광산 소유주 가문의 15세 소년 빌헬름 히싱거(Vilhelm Hisinger)는 자신의 샘플을 칼 셸레(Carl Scheele)에게 보냈지만, 새로운 원소는 발견하지 못했습니다. 1803년, 싱거가 대장장이가 된 후, 그는 욘 야콥 베르셀리우스(Jöns Jacob Berzelius)와 함께 광산으로 돌아와 2년 전에 발견한 새로운 산화물인 왜소행성 세레스(Ceres)를 분리했습니다. 세리아(Ceria)는 독일의 마르틴 하인리히 클라프로트(Martin Heinrich Klaproth)가 독자적으로 분리했습니다.
1839년과 1843년 사이에 스웨덴의 외과의사이자 화학자인 Carl Gustaf Mosander는산화세륨산화물의 혼합물이었습니다. 그는 란타나(lanthana)와 디디미아(didymia, 그리스어로 "쌍둥이"라는 뜻)라고 명명한 두 가지 다른 산화물을 분리했습니다. 그는 부분적으로 분해했습니다.질산세륨샘플을 공기 중에서 굽고 묽은 질산으로 처리하여 산화물을 얻습니다. 따라서 이러한 산화물을 형성하는 금속을 다음과 같이 명명합니다.란탄그리고프라세오디뮴.
1885년, 토륨 세륨 증기 램프 거즈 덮개를 발명한 오스트리아인 CF 아우어 폰 벨스바흐는 "프라세오디뮴 네오디뮴", 즉 "결합 쌍둥이"를 성공적으로 분리했습니다. 이로부터 녹색 프라세오디뮴염과 장미색 네오디뮴염이 분리되어 두 개의 새로운 원소임이 밝혀졌습니다. 하나는 "프라세오디뮴"으로 명명되었는데, 이는 녹색 화합물을 의미하는 그리스어 prason에서 유래한 것으로, 프라세오디뮴염 용액이 밝은 녹색을 띠기 때문입니다. 다른 하나는 "네오디뮴". '붙어 있는 쌍둥이'의 성공적인 분리는 그들이 각자의 재능을 독립적으로 발휘할 수 있게 해주었습니다.
은백색 금속으로 부드럽고 연성이 있습니다. 프라세오디뮴은 실온에서 육방정계 결정 구조를 가지고 있습니다. 공기 중에서의 내식성은 란탄, 세륨, 네오디뮴, 유로퓸보다 강하지만, 공기에 노출되면 약한 검은 산화물 층이 생성되어 1cm 크기의 프라세오디뮴 금속 시료는 약 1년 이내에 완전히 부식됩니다.
대부분과 마찬가지로희토류 원소프라세오디뮴은 수용액에서 유일하게 안정한 산화수인 a+3 산화수를 형성할 가능성이 가장 높습니다. 프라세오디뮴은 일부 알려진 고체 화합물에서 a+4 산화수로 존재하며, 매트릭스 분리 조건에서는 란타넘족 원소들 중 유일하게 +5 산화수에 도달할 수 있습니다.
수용성 프라세오디뮴 이온은 연두색이며, 프라세오디뮴의 많은 산업적 용도에는 광원에서 노란색 빛을 걸러내는 능력이 포함됩니다.
프라세오디뮴 전자 배치
전자 방출:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f3
프라세오디뮴의 59개 전자는 [Xe] 4f36s2 형태로 배열되어 있습니다. 이론적으로는 최외각 전자 5개를 모두 원자가 전자로 사용할 수 있지만, 이를 위해서는 극한의 조건이 필요합니다. 일반적으로 프라세오디뮴은 화합물에서 3개 또는 4개의 전자만 방출합니다. 프라세오디뮴은 아우프바우 원리를 따르는 전자 배치를 가진 최초의 란타넘족 원소입니다. 4f 오비탈은 5d 오비탈보다 에너지 준위가 낮은데, 이는 란타넘과 세륨에는 적용되지 않습니다. 4f 오비탈의 급격한 수축은 란타넘 이후에 발생하며, 세륨의 5d 오비탈을 차지하지 않기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 고체 프라세오디뮴은 [Xe] 4f25d16s2 배열을 보이는데, 여기서 5d 껍질의 전자 하나는 다른 모든 3가 란타넘족 원소(금속 상태에서 2가인 유로퓸과 이터븀 제외)와 유사합니다.
대부분의 란타넘족 원소와 마찬가지로, 프라세오디뮴은 일반적으로 원자가 전자로 세 개의 전자만 사용하며, 나머지 4f 전자는 강력한 결합 효과를 나타냅니다. 이는 4f 궤도가 전자의 비활성 크세논 핵을 통과하여 핵에 도달하고, 그 후 5d와 6s 궤도를 통과하며, 이온 전하가 증가함에 따라 증가하기 때문입니다. 그러나 프라세오디뮴은 여전히 네 번째, 심지어 다섯 번째 원자가 전자를 잃을 수 있는데, 이는 핵 전하가 아직 충분히 낮고 4f 부껍질 에너지가 충분히 높아 더 많은 원자가 전자를 제거할 수 있는 란타넘족 원소계 초기에 나타나기 때문입니다.
프라세오디뮴 및 모든 란타넘족 원소(제외)란탄, 이테르븀그리고루테튬(비공유 4f 전자가 없음)은 실온에서 상자성을 나타냅니다. 저온에서 반강자성 또는 강자성 질서를 나타내는 다른 희토류 금속과 달리, 프라세오디뮴은 1K 이상의 모든 온도에서 상자성을 나타냅니다.
프라세오디뮴의 응용
프라세오디뮴은 주로 혼합 희토류 형태로 사용되며, 금속 재료의 정화 및 개질제, 화학 촉매, 농업용 희토류 등으로 사용됩니다.프라세오디뮴 네오디뮴희토류 원소 중 가장 유사하고 분리하기 어려운 쌍으로, 화학적 방법으로는 분리하기 어렵습니다. 산업 생산에서는 일반적으로 추출 및 이온 교환법을 사용합니다. 농축된 프라세오디뮴-네오디뮴 형태로 쌍으로 사용하면 공통점을 최대한 활용할 수 있으며, 단일 원소 제품보다 가격도 저렴합니다.
프라세오디뮴 네오디뮴 합금(프라세오디뮴 네오디뮴 금속)는 영구자석 소재 및 비철 금속 합금 개질 첨가제로 모두 사용할 수 있는 독립 제품이 되었습니다. 프라세오디뮴-네오디뮴 정광을 Y 제올라이트 분자체에 첨가하면 석유 분해 촉매의 활성, 선택성 및 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 플라스틱 개질 첨가제로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)에 프라세오디뮴-네오디뮴 부화제를 첨가하면 PTFE의 내마모성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
희토류영구자석 소재는 오늘날 희토류 응용 분야에서 가장 각광받는 분야입니다. 프라세오디뮴 단독으로는 영구자석 소재로서 뛰어난 성능을 발휘하지 못하지만, 자기적 특성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 시너지 효과를 가진 원소입니다. 프라세오디뮴을 적정량 첨가하면 영구자석 소재의 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 또한, 자석의 산화방지 성능(내공기부식성)과 기계적 특성을 향상시킬 수 있어 다양한 전자기기와 모터에 널리 사용되고 있습니다.
프라세오디뮴은 재료의 연삭 및 연마에도 사용될 수 있습니다. 아시다시피, 순수 세륨 기반 연마 분말은 일반적으로 밝은 노란색을 띠는데, 이는 광학 유리용 고품질 연마재이며 연마 효율이 낮고 생산 환경을 오염시키는 산화철 적색 분말을 대체했습니다. 사람들은 프라세오디뮴이 우수한 연마 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 프라세오디뮴을 함유한 희토류 연마 분말은 적갈색으로 나타나 "적색 분말"이라고도 하지만, 이 붉은색은 산화철 적색이 아니라 프라세오디뮴 산화물의 존재로 인해 희토류 연마 분말의 색상이 더 어두워집니다. 프라세오디뮴은 또한 프라세오디뮴을 함유한 코런덤 연삭 휠을 만드는 새로운 연삭 재료로 사용되었습니다. 탄소 구조강, 스테인리스강 및 고온 합금을 연삭할 때 백색 알루미나와 비교하여 효율과 내구성을 30% 이상 향상시킬 수 있습니다. 과거에는 비용 절감을 위해 프라세오디뮴-네오디뮴 강화 소재를 원료로 사용하는 경우가 많았으며, 이로 인해 프라세오디뮴-네오디뮴-코런덤 연삭 휠이라는 이름이 붙었습니다.
프라세오디뮴 이온으로 도핑된 규산염 결정은 빛의 펄스를 초당 수백 미터로 늦추는 데 사용되었습니다.
지르코늄 실리케이트에 프라세오디뮴 산화물을 첨가하면 밝은 노란색으로 변하며, 세라믹 안료인 프라세오디뮴 옐로우로 사용할 수 있습니다. 프라세오디뮴 옐로우(ZrO₂-Pr6Oll-SiO₂)는 최고의 노란색 세라믹 안료로 간주되며, 최대 1000℃까지 안정적이며 일회용 또는 재연소 공정에 사용할 수 있습니다.
프라세오디뮴은 풍부한 색상과 큰 잠재 시장을 가진 유리 착색제로도 사용됩니다. 밝은 파 녹색과 파 녹색을 띠는 프라세오디뮴 녹색 유리 제품을 생산할 수 있으며, 이는 녹색 필터 생산 및 예술 공예용 유리 제조에 사용될 수 있습니다. 유리에 산화프라세오디뮴과 산화세륨을 첨가하면 용접용 고글로 사용할 수 있습니다. 황화프라세오디뮴은 녹색 플라스틱 착색제로도 사용할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 5월 29일