जादुई दुर्मिळ पृथ्वी घटक - प्रेसियोडायमियम

प्रेसियोडायमियमरासायनिक घटकांच्या नियतकालिक सारणीमध्ये लॅन्थानाइड घटक हा तिसरा सर्वात मुबलक घटक आहे, ज्याचे कवचात प्रमाण 9.5 पीपीएम आहे, जे फक्तसेरियम, यट्रियम,लॅन्थेनम, आणिस्कॅन्डियम. दुर्मिळ पृथ्वींमधील हे पाचवे सर्वात मुबलक घटक आहे. पण त्याच्या नावाप्रमाणेच,प्रेसियोडायमियमदुर्मिळ पृथ्वी कुटुंबातील एक साधा आणि न सजवलेला सदस्य आहे.

१८८५ मध्ये सीएफ ऑअर वॉन वेल्सबाख यांनी प्रासियोडायमियमचा शोध लावला.

१७५१ मध्ये, स्वीडिश खनिजशास्त्रज्ञ अ‍ॅक्सेल फ्रेड्रिक क्रॉन्स्टेड यांना बास्टनच्या खाण क्षेत्रात एक जड खनिज सापडले, ज्याला नंतर सेराइट असे नाव देण्यात आले. तीस वर्षांनंतर, खाणीच्या मालकीच्या कुटुंबातील पंधरा वर्षीय विल्हेल्म हिसिंगर यांनी त्यांचे नमुने कार्ल शिले यांना पाठवले, परंतु त्यांना कोणतेही नवीन घटक सापडले नाहीत. १८०३ मध्ये, सिंगर लोहार झाल्यानंतर, तो जॉन्स जेकब बर्झेलियससह खाण क्षेत्रात परतला आणि दोन वर्षांपूर्वी त्यांनी शोधलेल्या सेरेस या नवीन ऑक्साईडला वेगळे केले. जर्मनीमध्ये मार्टिन हेनरिक क्लाप्रोथ यांनी सेरियाला स्वतंत्रपणे वेगळे केले.

१८३९ ते १८४३ दरम्यान, स्वीडिश सर्जन आणि रसायनशास्त्रज्ञ कार्ल गुस्ताफ मोसँडर यांनी शोधून काढले कीसेरियम ऑक्साईडहे ऑक्साईडचे मिश्रण होते. त्याने आणखी दोन ऑक्साईड वेगळे केले, ज्यांना त्याने लॅन्थाना आणि डिडिमिया "डिडिमिया" (ग्रीकमध्ये "जुळे" म्हणजे) म्हटले. त्याने अंशतः विघटन केले.सेरियम नायट्रेटहवेत भाजून नमुना काढा आणि नंतर त्यावर सौम्य नायट्रिक आम्लाने प्रक्रिया करून ऑक्साईड मिळवा. म्हणून हे ऑक्साईड तयार करणाऱ्या धातूंनालॅन्थेनमआणिप्रेसियोडायमियम.

१८८५ मध्ये, ऑस्ट्रियन सीएफ ऑअर वॉन वेल्सबाख, ज्याने थोरियम सेरियम व्हेपर लॅम्प गॉझ कव्हरचा शोध लावला, त्यांनी "प्रासोडायमियम निओडायमियम", "जोडलेले जुळे" यशस्वीरित्या वेगळे केले, ज्यापासून हिरवे प्रासोडायमियम मीठ आणि गुलाबी रंगाचे निओडायमियम मीठ वेगळे केले गेले आणि दोन नवीन घटक असल्याचे निश्चित केले गेले. एकाचे नाव "प्रासोडायमियम" आहे, जो ग्रीक शब्द प्रासॉन पासून आला आहे, ज्याचा अर्थ हिरवा संयुग आहे कारण प्रासोडायमियम मिठाच्या पाण्याचे द्रावण चमकदार हिरवा रंग सादर करेल; दुसऱ्या घटकाचे नाव "निओडीमियम". "जोडलेल्या जुळ्या" मुलांचे यशस्वीरित्या वेगळे झाल्यामुळे त्यांना त्यांची प्रतिभा स्वतंत्रपणे प्रदर्शित करता आली.

प्रेसियोडायमियम धातू

चांदीचा पांढरा धातू, मऊ आणि लवचिक. खोलीच्या तापमानाला प्रेसियोडायमियमची षटकोनी स्फटिक रचना असते. हवेतील गंज प्रतिकार लॅन्थॅनम, सेरियम, निओडायमियम आणि युरोपियमपेक्षा जास्त असतो, परंतु हवेच्या संपर्कात आल्यावर, नाजूक काळ्या ऑक्साईडचा थर तयार होतो आणि एक सेंटीमीटर आकाराचा प्रेसियोडायमियम धातूचा नमुना सुमारे एका वर्षात पूर्णपणे गंजतो.

बहुतेकांसारखेदुर्मिळ पृथ्वी घटक, प्रेसियोडायमियमची बहुधा +3 ऑक्सिडेशन अवस्था तयार होते, जी जलीय द्रावणांमध्ये त्याची एकमेव स्थिर अवस्था आहे. काही ज्ञात घन संयुगांमध्ये प्रेसियोडायमियम +4 ऑक्सिडेशन अवस्थेत अस्तित्वात असते आणि मॅट्रिक्स पृथक्करण परिस्थितीत, ते लॅन्थानाइड घटकांमध्ये एका अद्वितीय +5 ऑक्सिडेशन अवस्थेत पोहोचू शकते.

जलीय प्रेसियोडायमियम आयन हे चार्ट्र्यूज आहे आणि प्रेसियोडायमियमचे अनेक औद्योगिक उपयोग प्रकाश स्रोतांमध्ये पिवळा प्रकाश फिल्टर करण्याची त्याची क्षमता समाविष्ट करतात.

प्रेसियोडायमियम इलेक्ट्रॉनिक लेआउट

इलेक्ट्रॉनिक उत्सर्जन:

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

प्रेसियोडायमियमचे ५९ इलेक्ट्रॉन [Xe] 4f36s2 असे मांडलेले आहेत. सैद्धांतिकदृष्ट्या, सर्व पाच बाह्य इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन म्हणून वापरले जाऊ शकतात, परंतु पाचही बाह्य इलेक्ट्रॉन वापरण्यासाठी अत्यंत परिस्थितीची आवश्यकता असते. साधारणपणे, प्रेसियोडायमियम त्याच्या संयुगांमध्ये फक्त तीन किंवा चार इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करतो. प्रेसियोडायमियम हा पहिला लॅन्थानाइड घटक आहे ज्याची इलेक्ट्रॉनिक संरचना औफबाऊ तत्त्वाशी सुसंगत आहे. त्याच्या 4f ऑर्बिटलमध्ये 5d ऑर्बिटलपेक्षा कमी ऊर्जा पातळी आहे, जी लॅन्थानम आणि सेरियमला ​​लागू होत नाही, कारण 4f ऑर्बिटलचे अचानक आकुंचन लॅन्थानम नंतर होत नाही आणि सेरियममधील 5d कवच व्यापू नये म्हणून पुरेसे नसते. तरीही, घन प्रेसियोडायमियम [Xe] 4f25d16s2 कॉन्फिगरेशन प्रदर्शित करते, जिथे 5d कवचातील एक इलेक्ट्रॉन इतर सर्व त्रिसंयुग्मित लॅन्थानाइड घटकांसारखा असतो (युरोपियम आणि यटरबियम वगळता, जे धातूच्या अवस्थेत द्विसंयुग्मित असतात).

बहुतेक लॅन्थानाइड घटकांप्रमाणे, प्रेसियोडायमियम सहसा फक्त तीन इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन म्हणून वापरतो आणि उर्वरित 4f इलेक्ट्रॉनचा मजबूत बंधनकारक प्रभाव असतो: कारण 4f कक्षा इलेक्ट्रॉनच्या निष्क्रिय झेनॉन कोरमधून जाते आणि न्यूक्लियसपर्यंत पोहोचते, त्यानंतर 5d आणि 6s येते आणि आयनिक चार्ज वाढल्याने वाढते. तथापि, प्रेसियोडायमियम अजूनही चौथा आणि कधीकधी पाचवा व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन गमावत राहू शकतो, कारण तो लॅन्थानाइड सिस्टममध्ये खूप लवकर दिसून येतो, जिथे न्यूक्लियर चार्ज अजूनही पुरेसा कमी असतो आणि 4f सबशेल ऊर्जा जास्त असते जेणेकरून अधिक व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन काढून टाकता येईल.

प्रेसियोडायमियम आणि सर्व लॅन्थानाइड घटक (वगळूनलॅन्थेनम, यटरबियमआणिल्युटेशियम(न जोडलेले 4f इलेक्ट्रॉन नसतात) हे खोलीच्या तापमानाला पॅरामॅग्नेटिझम असतात. कमी तापमानाला अँटीफेरोमॅग्नेटिक किंवा फेरोमॅग्नेटिक क्रम प्रदर्शित करणाऱ्या इतर दुर्मिळ पृथ्वी धातूंपेक्षा वेगळे, 1K वरील सर्व तापमानांना प्रेसियोडायमियम हे पॅरामॅग्नेटिझम असते.

प्रेसियोडायमियमचा वापर

प्रासोडायमियमचा वापर प्रामुख्याने मिश्र दुर्मिळ पृथ्वीच्या स्वरूपात केला जातो, जसे की धातूचे पदार्थ, रासायनिक उत्प्रेरक, कृषी दुर्मिळ पृथ्वी इत्यादींसाठी शुद्धीकरण आणि सुधारक म्हणून.प्रासोडायमियम निओडायमियमहे दुर्मिळ पृथ्वी घटकांची सर्वात समान आणि वेगळे करणे कठीण जोडी आहे, जी रासायनिक पद्धतींनी वेगळे करणे कठीण आहे. औद्योगिक उत्पादनात सहसा निष्कर्षण आणि आयन विनिमय पद्धती वापरल्या जातात. जर ते समृद्ध प्रेसियोडायमियम निओडायमियमच्या स्वरूपात जोड्यांमध्ये वापरले गेले तर त्यांची समानता पूर्णपणे वापरली जाऊ शकते आणि किंमत देखील एकल घटक उत्पादनांपेक्षा स्वस्त आहे.

प्रासोडायमियम निओडायमियम धातूंचे मिश्रण((प्रासोडायमियम निओडायमियम धातू)हे एक स्वतंत्र उत्पादन बनले आहे, जे कायमस्वरूपी चुंबकीय पदार्थ आणि नॉन-फेरस धातूंच्या मिश्रधातूंसाठी एक बदल जोडणारे पदार्थ म्हणून वापरले जाऊ शकते. Y जिओलाइट आण्विक चाळणीमध्ये प्रेसिओडायमियम निओडायमियम कॉन्सन्ट्रेट जोडून पेट्रोलियम क्रॅकिंग उत्प्रेरकाची क्रियाकलाप, निवडकता आणि स्थिरता सुधारली जाऊ शकते. प्लास्टिक मॉडिफिकेशन जोडणारे पदार्थ म्हणून, पॉलीटेट्राफ्लुरोइथिलीन (PTFE) मध्ये प्रेसिओडायमियम निओडायमियम समृद्धी जोडल्याने PTFE चा पोशाख प्रतिकार लक्षणीयरीत्या सुधारू शकतो.

दुर्मिळ पृथ्वीआजकाल दुर्मिळ पृथ्वीच्या वापरासाठी कायमस्वरूपी चुंबकीय पदार्थ हे सर्वात लोकप्रिय क्षेत्र आहे. केवळ प्रासोडायमियम हा कायमस्वरूपी चुंबकीय पदार्थ म्हणून उल्लेखनीय नाही, परंतु तो एक उत्कृष्ट सहक्रियात्मक घटक आहे जो चुंबकीय गुणधर्म सुधारू शकतो. योग्य प्रमाणात प्रासोडायमियम जोडल्याने कायमस्वरूपी चुंबकीय पदार्थांची कार्यक्षमता प्रभावीपणे सुधारू शकते. ते अँटिऑक्सिडंट कार्यक्षमता (हवेचा गंज प्रतिकार) आणि चुंबकांचे यांत्रिक गुणधर्म देखील सुधारू शकते आणि विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आणि मोटर्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे.

प्रासोडायमियमचा वापर साहित्य पीसण्यासाठी आणि पॉलिश करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो. आपल्या सर्वांना माहिती आहे की, शुद्ध सेरियम आधारित पॉलिशिंग पावडर सामान्यतः हलका पिवळा असतो, जो ऑप्टिकल ग्लाससाठी उच्च-गुणवत्तेचा पॉलिशिंग मटेरियल आहे आणि त्याने लोह ऑक्साईड लाल पावडरची जागा घेतली आहे ज्यामध्ये कमी पॉलिशिंग कार्यक्षमता असते आणि उत्पादन वातावरण प्रदूषित करते. लोकांना असे आढळून आले आहे की प्रासोडायमियममध्ये चांगले पॉलिशिंग गुणधर्म आहेत. प्रासोडायमियम असलेले दुर्मिळ पृथ्वी पॉलिशिंग पावडर लालसर तपकिरी दिसेल, ज्याला "लाल पावडर" असेही म्हणतात, परंतु हा लाल रंग लोह ऑक्साईड लाल नाही, परंतु प्रासोडायमियम ऑक्साईडच्या उपस्थितीमुळे, दुर्मिळ पृथ्वी पॉलिशिंग पावडरचा रंग गडद होतो. प्रासोडायमियम असलेले कोरंडम ग्राइंडिंग व्हील्स बनवण्यासाठी प्रासोडायमियमचा वापर नवीन ग्राइंडिंग मटेरियल म्हणून देखील केला गेला आहे. पांढऱ्या अॅल्युमिनाच्या तुलनेत, कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील, स्टेनलेस स्टील आणि उच्च-तापमान मिश्र धातु पीसताना कार्यक्षमता आणि टिकाऊपणा 30% पेक्षा जास्त सुधारला जाऊ शकतो. खर्च कमी करण्यासाठी, पूर्वी प्रासोडायमियम निओडायमियम समृद्ध साहित्य बहुतेकदा कच्चा माल म्हणून वापरले जात असे, म्हणून प्रासोडायमियम निओडायमियम कोरंडम ग्राइंडिंग व्हील हे नाव आहे.

प्रेसियोडायमियम आयनांनी भरलेले सिलिकेट क्रिस्टल्स प्रकाशाच्या स्पंदनांचा वेग प्रति सेकंद कित्येकशे मीटर कमी करण्यासाठी वापरले गेले आहेत.

झिरकोनियम सिलिकेटमध्ये प्रासिओडायमियम ऑक्साईड जोडल्याने ते चमकदार पिवळे होईल आणि ते सिरेमिक रंगद्रव्य म्हणून वापरले जाऊ शकते - प्रासिओडायमियम पिवळा. प्रासिओडायमियम पिवळा (Zr02-Pr6Oll-Si02) हा सर्वोत्तम पिवळा सिरेमिक रंगद्रव्य मानला जातो, जो 1000 ℃ पर्यंत स्थिर राहतो आणि एक-वेळ किंवा पुनर्ज्वलन प्रक्रियेसाठी वापरला जाऊ शकतो.

प्रेसियोडायमियमचा वापर काचेच्या रंगासाठी देखील केला जातो, ज्यामध्ये समृद्ध रंग आणि मोठी बाजारपेठ आहे. चमकदार लीक हिरवा आणि स्कॅलियन हिरवा रंग असलेले प्रेसियोडायमियम हिरव्या काचेचे उत्पादने तयार केली जाऊ शकतात, ज्याचा वापर हिरवे फिल्टर तयार करण्यासाठी आणि कला आणि हस्तकला काचेसाठी देखील केला जाऊ शकतो. काचेमध्ये प्रेसियोडायमियम ऑक्साईड आणि सेरियम ऑक्साईड जोडल्याने वेल्डिंगसाठी गॉगल म्हणून वापरता येतो. प्रेसियोडायमियम सल्फाइडचा वापर हिरव्या प्लास्टिक रंगासाठी देखील केला जाऊ शकतो.