افتح القائمة الرئيسية

براسيوديميوم

عنصر كيميائي
(بالتحويل من براسوديميوم)

البراسيوديميوم أو البرازوديميوم [2] هو عنصر كيميائي رقمه الذريّ 59 ويرمز له (Pr). يُعتبر البراسيوديميوم العنصر الثالث من سلسلة اللانثانيدات، كما أنه أحد العناصر النادرة على كوكب الأرض. ومن الخواص الفيزيائية التي يمتاز بها البراسيوديميوم مرونته وقابليته للسحب والطرق، بالإضافة إلى المظهر المتمثل باللون الفضيّ، كما أن لهذا العنصر قيمة كبيره لما له من صفات مغناطيسية وكهربائية وكيميائية وضوئية. يُعد البراسيوديميوم من العناصر نشطة التفاعل مما يجعل من الصعب العثور عليه بشكله الأصليّ، ويتكون على سطحه طبقة من الأكسيد الأخضر اللّون عند تفاعله مع الهواء.

نيوديميومبراسوديميومسيريوم
-

Pr

Pa
Element 1: هيدروجين (H), لا فلز
Element 2: هيليوم (He), غاز نبيل
Element 3: ليثيوم (Li), فلز قلوي
Element 4: بيريليوم (Be), فلز قلوي ترابي
Element 5: بورون (B), شبه فلز
Element 6: كربون (C), لا فلز
Element 7: نيتروجين (N), لا فلز
Element 8: أكسجين (O), لا فلز
Element 9: فلور (F), هالوجين
Element 10: نيون (Ne), غاز نبيل
Element 11: صوديوم (Na), فلز قلوي
Element 12: مغنسيوم (Mg), فلز قلوي ترابي
Element 13: ألومنيوم (Al), فلز ضعيف
Element 14: سليكون (Si), شبه فلز
Element 15: فسفور (P), لا فلز
Element 16: كبريت (S), لا فلز
Element 17: كلور (Cl), هالوجين
Element 18: أرغون (Ar), غاز نبيل
Element 19: بوتاسيوم (K), فلز قلوي
Element 20: كالسيوم (Ca), فلز قلوي ترابي
Element 21: سكانديوم (Sc), فلز انتقالي
Element 22: تيتانيوم (Ti), فلز انتقالي
Element 23: فاناديوم (V), فلز انتقالي
Element 24: كروم (Cr), فلز انتقالي
Element 25: منغنيز (Mn), فلز انتقالي
Element 26: حديد (Fe), فلز انتقالي
Element 27: كوبالت (Co), فلز انتقالي
Element 28: نيكل (Ni), فلز انتقالي
Element 29: نحاس (Cu), فلز انتقالي
Element 30: زنك (Zn), فلز انتقالي
Element 31: غاليوم (Ga), فلز ضعيف
Element 32: جرمانيوم (Ge), شبه فلز
Element 33: زرنيخ (As), شبه فلز
Element 34: سيلينيوم (Se), لا فلز
Element 35: بروم (Br), هالوجين
Element 36: كريبتون (Kr), غاز نبيل
Element 37: روبيديوم (Rb), فلز قلوي
Element 38: سترونشيوم (Sr), فلز قلوي ترابي
Element 39: إتريوم (Y), فلز انتقالي
Element 40: زركونيوم (Zr), فلز انتقالي
Element 41: نيوبيوم (Nb), فلز انتقالي
Element 42: موليبدنوم (Mo), فلز انتقالي
Element 43: تكنيشيوم (Tc), فلز انتقالي
Element 44: روثينيوم (Ru), فلز انتقالي
Element 45: روديوم (Rh), فلز انتقالي
Element 46: بالاديوم (Pd), فلز انتقالي
Element 47: فضة (Ag), فلز انتقالي
Element 48: كادميوم (Cd), فلز انتقالي
Element 49: إنديوم (In), فلز ضعيف
Element 50: قصدير (Sn), فلز ضعيف
Element 51: إثمد (Sb), شبه فلز
Element 52: تيلوريوم (Te), شبه فلز
Element 53: يود (I), هالوجين
Element 54: زينون (Xe), غاز نبيل
Element 55: سيزيوم (Cs), فلز قلوي
Element 56: باريوم (Ba), فلز قلوي ترابي
Element 57: لانثانوم (La), لانثانيدات
Element 58: سيريوم (Ce), لانثانيدات
Element 59: براسيوديميوم (Pr), لانثانيدات
Element 60: نيوديميوم (Nd), لانثانيدات
Element 61: بروميثيوم (Pm), لانثانيدات
Element 62: ساماريوم (Sm), لانثانيدات
Element 63: يوروبيوم (Eu), لانثانيدات
Element 64: غادولينيوم (Gd), لانثانيدات
Element 65: تربيوم (Tb), لانثانيدات
Element 66: ديسبروسيوم (Dy), لانثانيدات
Element 67: هولميوم (Ho), لانثانيدات
Element 68: إربيوم (Er), لانثانيدات
Element 69: ثوليوم (Tm), لانثانيدات
Element 70: إتيربيوم (Yb), لانثانيدات
Element 71: لوتيشيوم (Lu), لانثانيدات
Element 72: هافنيوم (Hf), فلز انتقالي
Element 73: تانتالوم (Ta), فلز انتقالي
Element 74: تنجستن (W), فلز انتقالي
Element 75: رينيوم (Re), فلز انتقالي
Element 76: أوزميوم (Os), فلز انتقالي
Element 77: إريديوم (Ir), فلز انتقالي
Element 78: بلاتين (Pt), فلز انتقالي
Element 79: ذهب (Au), فلز انتقالي
Element 80: زئبق (Hg), فلز انتقالي
Element 81: ثاليوم (Tl), فلز ضعيف
Element 82: رصاص (Pb), فلز ضعيف
Element 83: بزموت (Bi), فلز ضعيف
Element 84: بولونيوم (Po), شبه فلز
Element 85: أستاتين (At), هالوجين
Element 86: رادون (Rn), غاز نبيل
Element 87: فرانسيوم (Fr), فلز قلوي
Element 88: راديوم (Ra), فلز قلوي ترابي
Element 89: أكتينيوم (Ac), أكتينيدات
Element 90: ثوريوم (Th), أكتينيدات
Element 91: بروتكتينيوم (Pa), أكتينيدات
Element 92: يورانيوم (U), أكتينيدات
Element 93: نبتونيوم (Np), أكتينيدات
Element 94: بلوتونيوم (Pu), أكتينيدات
Element 95: أمريسيوم (Am), أكتينيدات
Element 96: كوريوم (Cm), أكتينيدات
Element 97: بركيليوم (Bk), أكتينيدات
Element 98: كاليفورنيوم (Cf), أكتينيدات
Element 99: أينشتاينيوم (Es), أكتينيدات
Element 100: فرميوم (Fm), أكتينيدات
Element 101: مندليفيوم (Md), أكتينيدات
Element 102: نوبليوم (No), أكتينيدات
Element 103: لورنسيوم (Lr), أكتينيدات
Element 104: رذرفورديوم (Rf), فلز انتقالي
Element 105: دوبنيوم (Db), فلز انتقالي
Element 106: سيبورغيوم (Sg), فلز انتقالي
Element 107: بوريوم (Bh), فلز انتقالي
Element 108: هاسيوم (Hs), فلز انتقالي
Element 109: مايتنريوم (Mt), فلز انتقالي
Element 110: دارمشتاتيوم (Ds), فلز انتقالي
Element 111: رونتجينيوم (Rg), فلز انتقالي
Element 112: كوبرنيسيوم (Cn), فلز انتقالي
Element 113: نيهونيوم (Nh)
Element 114: فليروفيوم (Uuq)
Element 115: موسكوفيوم (Mc)
Element 116: ليفرموريوم (Lv)
Element 117: تينيسين (Ts)
Element 118: أوغانيسون (Og)
59Pr
المظهر
أبيض رمادي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز براسوديميوم، 59، Pr
تصنيف العنصر لانثانيدات
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي n/a6، f
الكتلة الذرية 140.90765 غ·مول−1
توزيع إلكتروني Xe]; 4f3 6s2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ 2, 8, 18, 21, 8, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) 6.77 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار 6.50 غ·سم−3
نقطة الانصهار 1208 ك، 935 °س، 1715 °ف
نقطة الغليان 3793 ك، 3520 °س، 6368 °ف
حرارة الانصهار 6.89 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر 331 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س) 27.20 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو
عند د.ح. (كلفن) 1771 1973 (2227) (2571) (3054) (3779)
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة 4, 3, 2 (أكاسيده قاعدية ضعيفة)
الكهرسلبية 1.13 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين الأول: 527 كيلوجول·مول−1
الثاني: 1020 كيلوجول·مول−1
الثالث: 2086 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري 182 بيكومتر
نصف قطر تساهمي 7±203 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية نظام بلوري سداسي
المغناطيسية مغناطيسية مسايرة [1]
مقاومة كهربائية (درجة حرارة الغرفة) (ألفا، بولي)
0.700 µأوم·متر
الناقلية الحرارية 12.5 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري (درجة حرارة الغرفة) (ألفا، بولي) 6.7 ميكرومتر/(م·كلفن)
سرعة الصوت (سلك رفيع) 2280 متر/ثانية (20 °س)
معامل يونغ (الشكل ألفا) 37.3 غيغاباسكال
معامل القص (الشكل ألفا) 14.8 غيغاباسكال
معامل الحجم (الشكل ألفا) 28.8 غيغاباسكال
نسبة بواسون (الشكل ألفا) 0.281
صلادة فيكرز 400 ميغاباسكال
صلادة برينل 481 ميغاباسكال
رقم CAS 7440-10-0
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر البراسوديميوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال
141Pr 100% 141Pr هو نظير مستقر وله 82 نيوترون
142Pr مصطنع 19.12 h β 2.162 142Nd
ε 0.745 142Ce
143Pr مصطنع 13.57 يوم β 0.934 143Nd
Applications-development current.svg
هذه الصفحة قيد التطوير. إذا كان لديك أي استفسار أو تساؤل، فضلًا ضعه في صفحة النقاش قبل إجراء أي تعديل عليها. المستخدم الذي يحررها يظهر اسمه في تاريخ الصفحة.

دائمًا ما يتواجد البراسيوديميوم بشكل طبيعي مع العناصر النادرة الأُخرى. كما أنه يعتبر أحد العناصر الأربعة الأكثر ندرة على الأرض؛ حيث يمثل تركيزه من القشرة الأرضية ما يعادل 9.1 جزء لكل مليون وهذه النسبة تقارب نسبة توافر البورون. قام العالم الكيميائي السويدي كارل جوستاف موساندر عام 1841م باستخراج رواسب/بقايا أكسيد نادر سمّاه بـــ "ديديميوم" وذلك من بقايا رواسب ما سمّاه بـــ "لانثانا"، عن طريق فصل أملاح السيريوم. وفي عام 1885م نجح الكيميائي النمساويّ بارون كارل أوير بفصل الديديميوم إلى عنصرين نتج عنهما ملحان لهما لونان مختلفان، وقد سمّاهُما بـــ "براسيوديميوم ونيوديميوم". وقد جاءت تسمية البراسوديميوم من الأصل الإغريقيّ لكلمة "Prasinos" والتي تعني الأخضر، وكلمة "Didymos" وتعني التوأم.

كما هو الحال في معظم العناصر النادرة، فإنّ من السهل جدًّا للبراسيوديميوم أن يتشكل على حالة الأكسدة (+3)؛ الموجودة فقط في المحلول المائي؛ وبالرغم من أنّ حالة الأكسدة (+4) معروفة في بعض المركبات الصلبة ونادره في اللانثانيدات، إلا أنّ حالة الأكسدة (+5) سهل إيجادها أو تحقيقها في ظروف العزل الغشائي. وفي حين أنّ أيونات البراسيوديميوم المائية خضراء مائلة للصفرة، فإنّ ظلال البراسيوديميوم تكون بين اللونين الأخضر والأصفر عند رؤيتها عبر النظارات. العديد من الاستخدامات الصناعية للبراسيوديميوم قائمة لقدرته على فصل اللون الأصفر من المركبة الضوئية (الحزمة الضوئية).

محتويات

الخصائصعدل

الخصائص الفيزيائيةعدل

يُعتبر البراسيوديميوم العنصر الثالث من سلسلة اللانثانيدات، وحسب الجدول الدوريّ فإنّ البراسيوديميوم يظهر على يسار النيوديميوم وعلى يمين لانثانيدات السيريوم وفوق أكتينيدات البروتكتينيوم. يعتبر البراسيوديميوم من المعادن اللدنة وذو صلابة مقاربة لصلابة الفضة.[3]

أما من حيث التوزيع الذريّ فإنّ توزيعه الذريّ للإلكترونات ال 59 يكون على هيئة [Xe]4f36s2.ونظريًّا فإنّ جميع الإلكترونات الخمس الخارجية لها القدرة على التصرف وكأنها إلكترونات التكافؤ مع أنّ هذا يتطلب شروط مشددة وتحت الظروف الطبيعية. وفي حين أنّ البراسيوديميوم يعطي ثلاث إلكترونات لمركباته إلا أنّه في بعض الأوقات قد يعطي أربع إلكترونات.[4] كما يعتبر البراسيوديميوم أول اللانثانيدات التي تملك توزيع إلكترونيًّا يتوافق مع مبدأ أوفباو الذي يتنبأ أنّ المدار 4f يملك طاقة أقل من تلك التي يمتلكها المدار 5d، وهذا المبدأ لا ينطبق على اللنثانيوم والسيروم؛ مع أنّ سلسة اللانثانيدات -التالية للنثانيوم- تتكون عن طريق ملء المدار 4f إلا أنّ اللنثانيوم ذاته يميل قليلاً لملء المدار 5d بإلكترون وحيد ليعمل على اتزان الطاقة وهذه ليست بالكافية لمنع ملء المدار 5d في السيروم.

ومع ذلك فإنّ البراسيوديميوم في الحالة الصلبة يأخذ توزيعه الذريّ شكل [Xe]4f36s2. بإلكترون واحد في المدار 5d كما هو الحال في باقي اللانثانيدات ثلاثية التكافؤ -عدا اليوروبيوم والإتيربيوم اللذان يُكوّنان ثنائيا التكافؤ في الحالة الصلبة-.[5] كمعظم اللانثانيدات يستخدم البراسيوديميوم ثلاثة إلكترونات كإلكترونات تكافؤ وتكون الإلكترونات المتبقية في المدار 4f مرتبة بشكل قوي جدًا؛ بسبب اختراق المدارات 4f معظم الإلكترونات الخاملة للزينون وصولاً إلى النواة، ملحقة بالمدارين 5d و6s وهذا بدوره يزداد مع الشحنة الأيونية العالية. ومع ذلك فإنّ البراسيوديميوم يستطيع مواصلة خسارته/ فقدانه لإلكترون التكافؤ الرابع وأحيانًا الخامس؛ بسبب وجوده في بداية سلسلة اللانثانيدات حيث أنّ شحنة النواة ماتزال ضعيفة بالقدر الكافي والمدار 4f يملك طاقة كافية للسماح بإزالة إلكترونات التكافؤ بشكل أكبر.[6] وبالتالي، فإنّ للبراسيوديميوم كأشباهه من أوائل سلسلة اللانثانيدات يملك شكلاً بلوريًّا سداسيًّا مزدوجًا مركبةً بشكلٍ متقارب المسافات عند درجة حرارة الغرفة. وعند درجة حرارة تقارب 560° س، يتحول شكله البلوريّ إلى شكل المكعب مركزي الوجه، بينما يظهر الشكل البلوريّ على هيئة مكعب مركزي الجسم بوقت قصير قبل درجة الانصهار عند درجة حرارة 935° س. يعتبر البراسيوديميوم كباقي اللانثانيدات (عدا اللانثانيوم والإيتربيوم واللوتيشيوم؛ الذّين لا يملكون أزواجًا منفصلة من الإلكترونات في المدار 4f) ذو صفات مغناطيسية من نوع باراماجنت؛ تعني وجود إلكترونات منفردة غير مزدوجة؛ عند درجة حرارة الغرفة.[4] وليس كبعض المعادن الأرضية النادرة التي إمّا أن تكون ذات خواص مغناطيسية حديدية مضادة أو عاليّة النفاذية المغناطيسية المسجلة عند درجات الحرارة المنخفضة، فإنّ البراسيوديميوم يكون ذو خواص مغناطيسية ثابتة فوق درجة حرارة 1 كلفن.[7]

نظائر البراسيوديميومعدل

للبراسيوديميوم نظير واحد مستقر متواجد طبيعيًّا وهو 141Pr. وبالتالي يعتبر عنصر أحادي النويدة، كما يمكن قياس وزنه الذريّ بدقة عالية لأنه ثابت في الطبيعة.[8] يملك هذا النظير 82 نيوترون والذي يعبّر عن الأرقام السحرية التي تمنحه ثباتًا إضافيًّا. ينتج هذا النظير في النجوم خلال عمليتا الالتقاط النيوترونيّ السريع والبطيء.[9]

أمّا باقي نظائر البراسيوديميوم فإنّ أعمار النصف لها تكون أقل من يوم واحد -ومعظمها أقل من دقيقة واحده- مع استثناء واحد للنظير 143Pr حيث يصل عمره النصف إلى 13.6 يوم. كلاً من النظيرين 143Pr و141Pr ينتج عن انشطار اليورانيوم. يكون شكل الاضمحلال الأساسي للنظائر الأخف من النظير 141Pr على هيئة اضمحلال بيتا العكسي أو ظاهرة التقاط الإلكترون لنظائر السريوم، في حين أنّ النظائر الأثقل من 141Pr تكون على هيئة اضمحلال بيتا لنظائر النيوديميوم.

الخصائص الكيميائيةعدل

يتآكل معدن البراسيوديميوم في الهواء بشكل بطيء حيث تتشكل طبقة من شواظ الأكسيد مماثلة لصدأ الحديد، وهذا ما يكفي لتآكل عينة أبعادها واحد سنتيمتر من معدن البراسوديميوم بشكل كامل خلال ما يقارب سنة.[10] ويحترق بسهولة عند درجة حرارة 150° س مكوّنه أكسيد البراسوديميوم (III، IV)، مركب غير متكافئ إلى Pr6O11:[11]

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11


ويمكن اختصار هذا المركب إلى أكسيد البراسيوديميوم (III) (Pr2O3) مع غاز الهيدروجين.[12] في حين أنّ أكسيد البراسيوديميوم PrO2 هو الناتج الأكثر أكسده من احتراق البراسيوديميوم ويمكن الحصول عليه إمّا عن طريق تفاعل معدن البراسيوديميوم مع الأكسجين النقي في ظرف درجة الحرارة 400° س و282 بار،[12] أو عن طريق فصل نواتج تفاعل Pr6O11 في حمض الأسيتيك المغلي. قدرة البراسيوديميوم على إعادة التفاعل وافقت التوقعات حيث أّنه أول وأكبر اللانثانيدات.[13] [14]

عند درجة حرارة 1000° س، العديد من أكاسيد البراسيوديميوم ذات التركيب PrO2−x تظهر بشكل غير متجانس وغير منتظم عندما تتراوح قيم x بين 0 و0.25، لكن عند درجات الحرارة ما بين 400 و700°س تبدأ تظهر عيوب الأكاسيد بدلاً من تنظيمها، مكونةً أطواراً حسب الصيغة العامة PrnO2n−2 حيث أنّ قيم n = 4، 7، 9، 10، 11، 12، ∞. هذه الأطوار PrOy عادةً ما يرمز لها ب α و β′ (غير متكافئ)، β ( y= 1.833)، δ (1.818)، ε (1.8)، ζ (1.778)، ι (1.714)، θ، σ.[15]

يعرف البراسيوديميوم على أنّه عنصر موجب القطبية الكهربائية ويتفاعل بشكل بطيء مع الماء البارد وبشكل سريع مع الماء الساخن مكونًا هيدروكسيد البراسيوديميوم (III).[14]

2 Pr (s) + 6 H2O (l) → 2 Pr(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

معادن البراسيوديميوم تتفاعل مع جميع الهالوجينات ليكون هاليدات ثلاثية:[14]

2 Pr (s) + 3 F2 (g) → 2 PrF3 (s) [green]
2 Pr (s) + 3 Cl2 (g) → 2 PrCl3 (s) [green]
2 Pr (s) + 3 Br2 (g) → 2 PrBr3 (s) [green]
2 Pr (s) + 3 I2 (g) → 2 PrI3 (s)


رباعي الفلوريد، PrF4، هو أيضًا معروف وينتج عن تفاعل خليط من فلوريد الصوديوم وفلوريد البراسيوديميوم (III) مع غاز الفلورين لينتج Na2PrF6 متبوعًا بإخراج فلوريد الصوديوم من الخليط المتفاعل مع فلوريد الهيدروجين السائل.[16] بالإضافة إلى أنّ البراسيوديميوم يشكل ثنائي ديودايد البرونز مثل ديوديدات اللانثانيوم والسيريوم الغادولينيوم، والبراسيوديميوم (III) مركب كهربائي قطبي. يذوب البراسيوديميوم بسهولة في حمض الكبريتيك المخفف ليشكل محاليل تحتوي على أيونات خضراء مصفرّة Pr3+ التي تظهر على شكلPr(H2O)9]3+ مجمعة.[17]

2 Pr (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Pr3+ (aq) + 3 SO42- (aq) + 3 H2 (g)

ذوبان مركبات البراسيوديميوم (IV) في الماء لا ينتج عنه محاليل تحتوي على أيونات صفراء Pr4+؛[18] وذلك بسبب الموجبية العالية المعيارية لجهد الاختزال لزوجي Pr4+/Pr3+ عند +3.2 فولت، فهذه الأيونات غير مستقرة في المحلول المائي، وتتأكسد المياه لتصبح مخففة ل Pr3+. وقيمة الجهد لزوج الـــ Pr3+/Pr تساوي -2.35 فولت. مع ذلك فإنّ Pr4+ في الأوساط المائية عالية القاعدية يمكن أن تنتج عن التأكسد مع الأوزون.[19]

بالرغم من أنّ البراسيوديميوم (V) في الحالة الصلبة غير معروف، إلا أنّ وجود البراسيوديميوم في حالة الأكسدة +5 -مع توزيع إلكتروني مستقر السابق لغاز الزينون النبيل- تحت ظروف غشاء الغازات النبيل العازل تم تسجيلها في عام 2016م. تم تحديد الأصناف المحددة في حالة الأكسدة +5 كــ +[PrO2]، ونواتجها O2، وAr، وPrO22-O2).[20]

تشبه مركبات البراسيوديميوم العضوية إلى حد كبير باقي اللانثانيدات، حيث أنّ كلهم يتشاركون في عدم القدرة على اجتياز / تحطيم رابطة π.[21] وبالتالي فهي في الأغلب محصورة لأغلب السيكلوبنتادينات الأيونية -مماثلة في البنية مع اللانثانيوم- ورابطة σ الألكيل البسيط والبنسيل، وبعضها قد يكون مبلمر. يكون التناسق الكيميائي في البراسيوديميوم موجود بصورة كبيرة جدًّا، الأيونات الكهروضوئية الموجبة Pr3+، وهي فعلاً مشابهة إلى حد كبير باقي اللانثانيدات الأولية مثل La3+ وCe3+ وNd3+.


وعلى سبيل المثال، فإنَّ اللانثانيوم والسيروم والنيوديميوم ونترات البراسيديميوم كلها تُكوّن كلًّا من المركبات 4:3 و1:1 مع إيثر 18-تاج-6، في حين أنّ اللانثانيدات المتوسطة من البروميثيوم وصولاً إلى الغادولينيوم تستطيع فقط تكوين المركبات 4:3، ومن جهة أخرى فإنّ اللانثانيدات الأخيرة /الذيلية من التربيوم حتى اللوتيشيوم لا يمكنها النجاح في عملية ترتيب جميع روابط المركبات. تملك البراسيوديميوم أرقام تناسق عالية مع إنهّا غير مؤكدة مع ضعف في البنية الكيميائية لها باستثناءات لتلك الناتجة عن الترابطات الضخمة مثل ثلاثية التناسق [Pr{N(SiMe3)2}3]. هناك أيضًا بعض مخاليط الأكاسيد والفلوريدات التي تشتمل على البراسيوديميوم (IV)، لكنها لا تملك تناسق كيميائي ذو قيمة في هذه الحالات المؤكسدة مثل السيروم المجاور لها.[22]

تاريخيًّاعدل

في عام 1751م اكتشف عالم المعادن السويدي أليكس فريدك كرونستد معدن ثقيل داخل منجم في باستناس، سميّ فيما بعد باسم سيريت. بعد ثلاثين عامًا، قام ڤيلم هايزنجر الذي عمره خمسة عشر عامًا، من عائلة مالكي المنجم، بإرسال عينة من المنجم إلى كارل فلهلم شيله، ولكنه لم يجد أي عنصر جديد في ذلك الوقت.[23] وفي عام 1803م، وبعد أن أصبح عند هايزنجر علم بالمعادن، درس المعدن مع يونس ياكوب بيرسيليوس وقاما بفصل أكسيد جديد، وأطلقا عليه اسم سيريس نسبة إلى دوارف بلانت سيريس، الذي اكتشفه قبل عامين. وفي ألمانيا، تم عزل المركب سيريس بطريقة مستقلة وفي نفس الفترة الزمنية من قِبل مارتن كلابروت.[24]

وخلال الفترة الزمنية 1839 و1843م، أوضح الفريق السويدي المكوّن من دكتور جراح والكيميائي كارل جوستاف موساندر أن سيريس هو عبارة عن مركب من الأكاسيد، وقاما بفصل أكسيدين، أطلق عليهم اسم لانثانا وديديميا. قام موساندر بتجزيء عينة من نترات السيزيوم من خلال تسخينه بالهواء ومن ثم معالجة الأكسيد الناتج بحمض النتريك المخفف.[23] سميت المعادن التي كونت الأكاسيد الناتجة بـ لانثانيوم وديديميوم. اتضح أن اللانثانيوم عبارة عن عنصر نقي، بينما الديديميوم هو عبارة عن مزيج من عناصر اللانثانيدات المستقرة من البراسيوديميوم إلى اليوروبيوم،[24] كما كان يشك مارك ديلافونفين بعد تحليل طيف المركب، بالرغم من ضيق وقته لتعقب العناصر الموجودة بالمركب.[25]

تم فصل العنصرين الثقيلين الساماريوم واليوروبيوم في عام 1879م من قبل باول-إيميل ليكوج دي بويسباودران وفي عام 1885م قام كارل أوير فون فيلسباتش بتفكيك الديديميوم إلى الباسيوديموم والنيوديميوم.[26] وبسبب أن النيوديميوم يحتل كمية أكبر من البراسيوديميوم في الديديميوم، فقد حافظ على المسمى القديم، بينما يتميز ملح البراسيوديميوم بلونه الأخضر (Greek πρασιος, “leek green”). أُقتِرحت الطبيعة المركبة للديديميوم في عام 1882م من قبل بوهيوسلاڤ برانر، والذي لم يوضح تجريبًا طريقة الفصل.[27]

التواجد والإنتاجعدل

لا يعد البراسيوديميوم من العناصر النادرة بشكل خاص، حيث أنّه يشكل 9.1 مغ/كغ من القشرة الأرضية. هذه القيمة تتمركز بين تركيز الرصاص (13 مغ/كغ) والبورون (9 مغ/كغ) في القشرة الأرضية، ويعتبر البراسيوديميوم من رابع العناصر الأكثر وفرة من اللانثانيدات،[28] بعد السيريوم (66 مغ/كغ)، والنيوديميوم (40 مغ/كغ)، واللانثانوم (35 مغ/كغ)؛ وإنّه أقل وفرة من عناصر الأرض النادرة الإتريوم (31 مغ/كغ) والسكانديوم (25 مغ/كغ).[29] جاء تصنيف البراسيوديميوم على أنه عنصر نادر في الأرض نسبة إلى "مكونات الأرض المشتركة" مثل الحجر الجيري والمنغنيز، والتي تتكون من مجموعة من العناصر المعروفة سهلة الاستخراج ومطلوبة تجاريًا. وعلى الرغم من أنّ البراسيوديميوم ليس نادراً بشكل خاص، إلا أنّه لم يتم العثور عليه أبدًا كعنصر نادر في القشرة الأرضية في المعادن الحاملة للبراسيوديميوم. دائمًا ما يسبقه السيريوم واللانثانيوم والنيوديميوم أيضًا.[30]


يشبه حجم أيون البراسيوديميوم الثلاثي (Pr3+) اللانثانيدات الأولى في مجموعة السيريوم (من الساماريوم إلى اليوروبيوم) التي تتبع الجدول الدوريّ، وبالتالي يميل الأيون إلى التفاعل مع مجموعة السيريوم في الفوسفات، والسيليكات، والكربونات، مثل المونازيت (MIIIPO4) والباستناسايت (MIIICO3F)، بحيث يرمز الحرف M إلى معادن الأرض النادرة ماعدا السكانكيوم والبروميثيوم المشع (معظمهم Ce، و La، و Y، والقليل من Nd، و Pr). يفتقر الباستناسايت إلى الثوريوم واللانثانيدات الثقيلة، كما أن اللانثانيدات الخفيفة النقية أقل مشاركة فيه. ويتم معالجة الخام من هذه المادة بعد تحطيمه وسحقه أولًا بحمض الكبريتيك المركز الساخن، وثاني أكسيد الكربون، وفلوريد الهيدروجين، ورباعي فلوريد السيليكون. بعد ذلك يتم تجفيف المنتج وترشيحه بالماء، تاركًا أيونات اللانثانيد الأولى، بما في ذلك اللانثانم، في محلول.[31]

يتكون المونازيت عادة من كل معادن القشرة الأرضية النادرة، والثريوم بشكل خاص. يمكن فصل المونازيت، بسبب خواصه المغناطيسية، بالفصل الكهرومغناطيسي المتكرر. بعد إتمام عملية الفصل، يتم معالجته مع حامض الكبريتيك المركز الساخن لإنتاج كبريتات المعادن النادرة القابلة للذوبان في الماء. يتم معادلة المرشحات الحمضية جزئيًا مع هيدروكسيد الصوديوم إلى الرقم الهيدروجيني 3-4، والذي يترسب بسببه هيدروكسيد الثوريوم ويتم إزالته. ومن ثم يتم معالجة المحلول باستخدام أكسالات الأمونيوم لتحويل معادن القشرة النادرة إلى أكسالات غير قابلة للذوبان، وتُحوّل الأكسالات إلى أكاسيد عن طريق الحرارة العالية، وتذاب الأكاسيد في حمض النتريك.[32] في الخطوة الأخيرة، يستثنى أحد أهم مكونات المركب، السيريوم، حيث أنّ أكسيد السيريوم غير قابل للذوبان في HNO3. يجب توخي الحذر عند التعامل مع بعض الرواسب لأنها تحتوي على 228Ra، و 232Th، وهما باعث قوي لأشعة غاما.[33]


يمكن بعد ذلك فصل البراسيوديميوم عن اللانثانيدات الأخرى عن طريق التبادل الأيوني -كروماتوغرفيا-، أو باستخدام مذيب مثل ثلاثي بيوتيل الفوسفات حيث يزداد ذوبان Ln3+ مع زيادة الرقم الذريّ. في حالة استخدام التبادل الأيوني -كروماتوغرفيا- يتم تعبأة خليط اللانثانيدات داخل عامود من المادة الصبغية للتبادل الكاتيوني ويعبأ Cu2+ أو Zn2+ أو Fe3+ في العامود الأخر. يتم تمرير محلول مائي لعامل مركّب يعرف باسم اليونت؛ عادةً ما يكون ثلاثي الأمونيوم؛ خلال الأعمدة، ثم يتم نقل Ln3+ من العمود الأول ثم إعادة وضعه في شريط متراص في أعلى العامود قبل أن يبدأ في إعادة التموضع بواسطة NH4+. تزداد طاقة غيبس الحرة لتكوين المركبات Ln(edta·H). على طول اللانثانيدات بما يقارب ربع من Ce3+ حتى Lu3+، حيث يتنزل كاتيونات Ln3+ عامود النمو في نطاق ومن ثمّ يتم تجزئتهم بشكل متكرر، ويتم إزالتهم من الأثقل إلى الأخف وزنًا. بعدها يتم ترسيبها كأكسالات غير ذائبه، ثم يتم حرقها لتكوين أكاسيد، وأخيرًا يتم اختزالها إلى معادن.

التطبيقاتعدل

حقق ليو موسر -ابن لودفيغ موسر مؤسس شركة موسر للزجاج في التشيك- تعرف الآن باسم كارلوفي فاري نجاحًا في استعمال البراسيوديميوم لتلوين الزجاج في أواخر العشرينيات من القرن الماضي، حيث قام بتلوين كوب زجاج باللون الأخضر المصفر ما يعرف بـــ Prasemit. ومع ذلك النجاح فلم يكن له رواجًا كبيراً تلك الفترة لوجود بدائل تعطي نفس اللون بتكلفة أقل، مع ذلك فقد تم تلوين بعض القطع. كما قام موسر بمزج البراسيوديميوم مع النيوديميوم لإنتاج زجاج الهيليوليت وهي كلمة ألمانية الأصل، والذي تم انتشاره بشكل واسع.[34] أول استخدام تجاري للبراسيوديميوم المنقى الذي مازال مستمراً إلى يومنا الحالي يكون شكله على هيئة صبغة برتقالية مصفرة، البراسيوديميوم الأصفر وهو لون السيراميك؛ عبارة عن محلول صلب في شبكة من الزركون. هذا اللون لا يحتوي على اللون الأخضر، وبالمقابل من الواضح بشكل جليّ أنّ زجاج البراسيوديميوم يكون لونه أخضر خالٍ من اللون الأصفر.[35]

نظرًا للتشابه الكبير بين اللانثانيدات فيمكن للبراسيوديميوم أن يحل محل معظم اللانثانيدات الأخرى دون فقدان كبير في الوظائف التي تقدمها، وفي الواقع، العديد من التطبيقات التي تشتمل على مزيج متنوع من اللانثانيدات وكميات صغيرة من البراسيوديميوم مثل السبائك الحديدية وسبائك المسكميتال. التطبيقات التالية هي تطبيقات حديثة على البراسيوديميوم على وجه الخصوص أو على البراسيوديميوم كمجموعة فرعية من اللانثانيدات:[36]

  • البراسيوديميوم مع النيوديميوم، يستخدم البراسيوديميوم في إنتاج مغناطيس ذو طاقة عالية ملحوظة من حيث الصلابة والقوة. [35] بشكل عام فإنّ معظم السبائك النادرة لمجموعة السيريوم -من اللانثانوم حتى السماريوم- مع المعادن الانتقالية ثلاثية الأبعاد تعطي مغانط/مغناطيس بشكل مستقر للغاية، وغالبًا ما يتم استخدامها في المعدات الصغيرة مثل المحركات والسماعات والطابعات وسماعات الرأس ومكبرات الصوت والتخزين المغناطيسي.[36]
  • عامل مساعد في صناعة السبائك مع المغنيسيوم لإنشاء معادن عالية الصلابة تستخدم في محركات الطائرات، الإيتريوم والنيوديميوم أيضًا تعتبر من البدائل.[37][38]
  • يتواجد البراسيوديميوم في عناصر الأرض النادرة التي تُشكل الفلوريد الجوهر الأساسي لأضواء قوس الكربون، المستخدم في صناعة الصور المتحركة لإضاءة الأستوديوهات وأضواء عارض الصور.[39]
  • مركبات البراسيوديميوم تعطي الزجاج والمينا لونًا أصفر.
  • يستخدم لتلوين السيراميك الأصفر.
  • البراسيوديميوم مُكَوِن من مكونات زجاج الديديوم، والذي يستخدم في صناعة أنواع من نظارات اللحام والنظارات الزجاجية.[40]
  • استخدم بلورات السيليكا المحقونة بأيونات البراسيوديميوم لإبطاء نبضات الضوء إلى بضع مئات الأمتار في الثانية.
  • سبائك البراسيوديميوم مع النيكل (PrNi5) استخدمت لصناعة مغناطيس قوي مكّن العلماء من الوصول لدرجة حرارة تعادل 1 ألف من درجة الصفر المطلق.[41]
  • حقن البراسيوديميوم في زجاج الفلوريد سمح باستخدامه كمضخم صوتي أحادي الوضع.[42]
  • يستخدم أكسيد البراسيوديميوم مع السيريا أو زيركونيا السيريا كمحفز للأكسدة.
  • تستخدم أيونات البراسيوديميوم Pr3+ كمنشطات في بعض أنواع الفسفور الأحمر والأخضر والأزرق والأشعة الفوق بنفسجية.

وكذلك لدور البراسيوديميوم في صناعة المغناطيسات الدائمة فقط استخدمت في توربينات الرياح، وهذا ما يجعله أحد العناصر الرئيسية في المنافسة الجيوسياسية في العالم الذي يعمل على الطاقات المتجددة، لكن قد تعرض هذا القول لانتقادات لأن ليست كل التوربينات تستخدم مغناطيسات دائمًا.[43]

الدور البيولوجي والاحتياطاتعدل

براسيوديميوم
المخاطر
رمز الخطر وفق GHS  
وصف الخطر وفق GHS Danger
بيانات الخطر وفق GHS H250
بيانات وقائية وفق GHS P222, P231, P422[44]
NFPA 704

 

4
0
4
 
في حال عدم ورود غير ذلك فإن البيانات الواردة أعلاه معطاة بالحالة القياسية (عند 25 °س و 100 كيلوباسكال)

تم الكشف عن أنّ اللانثانيدات الأولية -اللانثانوم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم- ضرورية ولها نفس القدر من الفعالية لبعض البكتيريا الميثانية التي تعيش في الطين البركاني مثل الميثيلاسيدفيلوم فيوماريوليكوم. لم يثبت وجود دور بيولوجي للبراسيوديميوم في أي كائن، وهو لا يعتبر سام في الوقت نفسه.[45] لكن من المعروف أنّ الحقن الوريدي لعناصر الأرض النادرة يؤدي إلى ضعف وظائف الكبد، بالإضافة إلى أنّ الآثار الجانبية الرئيسية الناتجة عن استنشاق أكاسيد الأرض النادرة في البشر تظهر من شوائب الثوريوم واليورانيوم.

المراجععدل

  1. ^ M. Jackson "Magnetism of Rare Earth" The IRM quarterly col. 10, No. 3, p. 1, 2000
  2. ^ البعلبكي، منير (1991). "البراسوديميوم؛ البرازوديميوم". موسوعة المورد. موسوعة شبكة المعرفة الريفية. اطلع عليه بتاريخ 10 أيار 2013 م. 
  3. ^ Lide, D. R.، المحرر (2005)، CRC Handbook of Chemistry and Physics (الطبعة 86th)، Boca Raton (FL): CRC Press، ISBN 0-8493-0486-5 
  4. أ ب Greenwood and Earnshaw, pp. 1232–5
  5. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1235–8
  6. ^ "Phase Diagrams of the Elements", David A. Young, UCRL-51902 "Prepared for the U.S. Energy Research & Development Administration under contract No. W-7405-Eng-48".
  7. ^ Cullity، B. D.؛ Graham، C. D. (2011). Introduction to Magnetic Materials. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-21149-6. 
  8. ^ قالب:NUBASE 2003
  9. ^ Cameron، A. G. W. (1973). "Abundance of the Elements in the Solar System" (PDF). Space Science Reviews. 15 (1): 121–146. Bibcode:1973SSRv...15..121C. doi:10.1007/BF00172440. مؤرشف من الأصل (PDF) في 21 أكتوبر 2011. 
  10. ^ "Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test". مؤرشف من الأصل في 30 يناير 2019. اطلع عليه بتاريخ 08 أغسطس 2009. 
  11. ^ "Chemical reactions of Praseodymium". Webelements. مؤرشف من الأصل في 9 مايو 2019. اطلع عليه بتاريخ 09 يوليو 2016. 
  12. أ ب Greenwood and Earnshaw, pp. 1238–9
  13. ^ Brauer, G.؛ Pfeiffer, B. (1963). "Hydrolytische spaltung von hoheren oxiden des prasedoyms und des terbiums". Journal of Less Common Materials. 5 (5): 171–176. doi:10.1016/0022-5088(63)90010-9. 
  14. أ ب ت Minasian, S.G.؛ Batista, E.R.؛ Booth, C.H.؛ Clark, D.L.؛ Keith, J.M.؛ Kozimor, S.A.؛ Lukens, W.W.؛ Martin, R.L.؛ Shuh, D.K.؛ Stieber, C.E.؛ Tylisczcak, T.؛ Wen, Xiao-dong (2017). "Quantitative Evidence for Lanthanide-Oxygen Orbital Mixing in CeO2, PrO2, and TbO2". Journal of the American Chemical Society. 139 (49): 18052–18064. doi:10.1021/jacs.7b10361. 
  15. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 643–4
  16. ^ Greenwood and Earnshaw, p. 1240–2
  17. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1242–4
  18. ^ Sroor، Farid M.A.؛ Edelmann، Frank T. (2012). "Lanthanides: Tetravalent Inorganic". Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. ISBN 978-1-119-95143-8. doi:10.1002/9781119951438.eibc2033. 
  19. ^ Hobart, D.E.؛ Samhoun, K.؛ Young, J.P.؛ Norvell, V.E.؛ Mamantov, G.؛ Peterson, J. R. (1980). "Stabilization of Praseodymium(IV) and Terbium(IV) in Aqueous Carbonate Solution<". Inorganic and Nuclear Chemistry Letters. 16 (5): 321–328. doi:10.1016/0020-1650(80)80069-9. 
  20. ^ Zhang، Qingnan؛ Hu، Shu-Xian؛ Qu، Hui؛ Su، Jing؛ Wang، Guanjun؛ Lu، Jun-Bo؛ Chen، Mohua؛ Zhou، Mingfei؛ Li، Jun (2016-06-06). "Pentavalent Lanthanide Compounds: Formation and Characterization of Praseodymium(V) Oxides". Angewandte Chemie International Edition (باللغة الإنجليزية). 55 (24): 6896–6900. ISSN 1521-3773. PMID 27100273. doi:10.1002/anie.201602196. 
  21. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1248–9
  22. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1244–8
  23. أ ب Emsley, pp. 120–5
  24. أ ب Greenwood and Earnshaw, p. 1424
  25. ^ Weeks، Mary Elvira (1932). "The Discovery of the Elements: XI. Some Elements Isolated with the Aid of Potassium and Sodium:Zirconium, Titanium, Cerium and Thorium". The Journal of Chemical Education. 9 (7): 1231–1243. Bibcode:1932JChEd...9.1231W. doi:10.1021/ed009p1231. 
  26. ^ Fontani، Marco؛ Costa، Mariagrazia؛ Orna، Virginia (2014). The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. صفحات 122–123. ISBN 978-0-19-938334-4. 
  27. ^ Fontani، Marco؛ Costa، Mariagrazia؛ Orna، Virginia (2014). The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. صفحة 40. ISBN 978-0-19-938334-4. 
  28. ^ Patnaik، Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. صفحات 444–446. ISBN 978-0-07-049439-8. اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009. 
  29. ^ Greenwood and Earnshaw, p. 1229–32
  30. ^ Hudson Institute of Mineralogy (1993–2018). "Mindat.org". www.mindat.org. مؤرشف من الأصل في 25 يوليو 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يناير 2018. 
  31. ^ Hudson Institute of Mineralogy (1993–2018). "Mindat.org". www.mindat.org. مؤرشف من الأصل في 25 يوليو 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يناير 2018. 
  32. ^ Hudson Institute of Mineralogy (1993–2018). "Mindat.org". www.mindat.org. مؤرشف من الأصل في 25 يوليو 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يناير 2018. 
  33. ^ Hudson Institute of Mineralogy (1993–2018). "Mindat.org". www.mindat.org. مؤرشف من الأصل في 25 يوليو 2019. اطلع عليه بتاريخ 14 يناير 2018. 
  34. ^ Kreidl، Norbert J. (1942). "RARE EARTHS*". Journal of the American Ceramic Society. 25 (5): 141–143. doi:10.1111/j.1151-2916.1942.tb14363.x. 
  35. أ ب Rare Earth Elements 101 نسخة محفوظة 2013-11-22 على موقع واي باك مشين., IAMGOLD Corporation, April 2012, pp. 5, 7.
  36. أ ب McGill، Ian (2005)، "Rare Earth Elements"، موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، 31، فاينهايم: وايلي-في سي إتش، صفحة 183–227، doi:10.1002/14356007.a22_607 
  37. ^ Rokhlin، L. L. (2003). Magnesium alloys containing rare earth metals: structure and properties. CRC Press. ISBN 978-0-415-28414-1. 
  38. ^ Suseelan Nair، K.؛ Mittal، M. C. (1988). "Rare Earths in Magnesium Alloys". Materials Science Forum. 30: 89–104. doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.30.89. 
  39. ^ Emsley, pp. 423–5
  40. ^ "ANU team stops light in quantum leap". اطلع عليه بتاريخ 18 مايو 2009. 
  41. ^ Jha، A.؛ Naftaly، M.؛ Jordery، S.؛ Samson، B. N.؛ وآخرون. (1995). "Design and fabrication of Pr3+-doped fluoride glass optical fibres for efficient 1.3 mu m amplifiers". Pure and Applied Optics: Journal of the European Optical Society Part A. 4 (4): 417. Bibcode:1995PApOp...4..417J. doi:10.1088/0963-9659/4/4/019. 
  42. ^ Borchert, Y.؛ Sonstrom, P.؛ Wilhelm, M.؛ Borchert, H.؛ وآخرون. (2008). "Nanostructured Praseodymium Oxide: Preparation, Structure, and Catalytic Properties". Journal of Physical Chemistry C. 112 (8): 3054. doi:10.1021/jp0768524. 
  43. ^ Overland، Indra (2019-03-01). "The geopolitics of renewable energy: Debunking four emerging myths". Energy Research & Social Science. 49: 36–40. ISSN 2214-6296. doi:10.1016/j.erss.2018.10.018. 
  44. ^ "Praseodymium 261173". مؤرشف من الأصل في 2 أكتوبر 2018. 
  45. ^ Pol، Arjan؛ Barends، Thomas R. M.؛ Dietl، Andreas؛ Khadem، Ahmad F.؛ Eygensteyn، Jelle؛ Jetten، Mike S. M.؛ Op Den Camp، Huub J. M. (2013). "Rare earth metals are essential for methanotrophic life in volcanic mudpots". Environmental Microbiology. 16 (1): 255–64. PMID 24034209. doi:10.1111/1462-2920.12249. 

ببليوغرافياعدل

مزيد من القراءةعدل

  • R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium, Pergamon Press, 1967.

روابط خارجيةعدل