ما هو براسيوديميوم؟
براسيوديميوم (رمزه Pr) هو العنصر 59 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.
Pr · العنصر 59 · لانثانيد
عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة.
البنية
ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.
القيم المقاسة
يوضح كل شريط موضع براسيوديميوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق المقياس
نصف القطر 182 pm — أي 0.182 nm، ولذلك فإن نحو 2.75 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.
المدى الحراري
يكون براسيوديميوم سائلًا ضمن مجال 2585 K، من 1208 K إلى 3793 K.
القصة
عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة.
كان Carl Auer von Welsbach، وهو كيميائي ومخترع نمساوي، يدرس الديديميوم - وهو عنصر مفترض حيّر العلماء لعقود. وباستخدام تقنية التبلور التجزيئي المطوّرة حديثاً، اشتبه في أن الديديميوم ليس عنصراً واحداً.
من خلال تجارب تبلور مضنية، نجح Welsbach في فصل الديديميوم إلى عنصرين متميزين. تطلبت العملية مئات مرات إعادة التبلور واستغرقت أشهراً حتى اكتملت.
سمّى Welsbach أحد العنصرين "praseodymium" انطلاقاً من الكلمتين اليونانيتين "prasios" (أخضر) و"didymos" (توأم)، في إشارة إلى أملاحه الخضراء وعلاقته التوأمية بالنيوديميوم، الذي اكتشفه في الوقت نفسه.
على مدى أكثر من 40 عاماً، كان العلماء يدرسون «الديديميوم» معتقدين أنه عنصر واحد. بدأ اللغز في عام 1841 عندما فصله Carl Mosander لأول مرة عن السيريوم. وجاء الاختراق عندما طبّق Welsbach التحليل الطيفي المنهجي لدراسة خصائص العنصر المفترض.
"كشف المطياف خطوطاً لا يمكن أن تنتمي إلى عنصر واحد - وقد حُلّ لغز الديديميوم أخيراً."
— Carl Auer von Welsbach, 1885
لم يكن Carl Auer von Welsbach مكتشفاً فحسب، بل كان مخترعاً غيّرت أعماله الحياة اليومية:
أثبت فصل Welsbach للبراسيوديميوم والنيوديميوم أن الكيمياء التحليلية الدقيقة يمكن أن تكشف التعقيد الخفي في الطبيعة. وأصبحت تقنياته أساساً لفصل جميع العناصر الأرضية النادرة.
على الرغم من حصول Welsbach على العديد من الأوسمة خلال حياته، بما في ذلك منحه لقب بارون من قبل الإمبراطور النمساوي، فإن إسهاماته في كيمياء العناصر الأرضية النادرة غالباً ما يتم تجاهلها. وتدين الصناعات التقنية الحديثة بوجودها لاكتشافاته الأساسية.
الاستخدامات
يُعدّ البراسيوديميوم «خبير الألوان» في عائلة العناصر الأرضية النادرة، إذ ينتج أكثر الألوان الخضراء حيويةً في علم المواد. وتجعله بنيته الإلكترونية الفريدة ذا قيمة لا غنى عنها في التطبيقات البصرية والمغناطيسية.
الأخضر المصفر للبراسيوديميوم أحد أكثر الملونات ثباتاً وحيويةً المعروفة علمياً. وعلى خلاف الأصباغ العضوية التي تبهت، يحافظ البراسيوديميوم على لونه الزاهي لقرون. ويُستخدم في:
يؤدي البراسيوديميوم دوراً حاسماً في تصنيع أقوى المغناطيسات الدائمة في العالم:
تجعل الخصائص البصرية الفريدة للبراسيوديميوم ضرورياً في:
تتسم أسعار البراسيوديميوم بتقلب شديد بسبب محدودية الإمدادات وتزايد الطلب من صناعة المركبات الكهربائية. وتحتاج السيارة الكهربائية النموذجية إلى 200-600 غرام من البراسيوديميوم في مكوناتها المختلفة.
مصدره
9.2 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 68% من العناصر
البراسيوديميوم أحد أندر العناصر الأرضية النادرة، إذ لا يشكل سوى نحو 5% من محتوى اللانثانيدات في رواسب الخام. وعلى الرغم من كونه «نادرًا»، فإنه أكثر وفرة من الفضة أو الزئبق.
الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
محتوى Pr: 4-6%
المصدر الرئيسي: Mountain Pass (USA)، Bayan Obo (China)
الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
محتوى Pr: 3-5%
يوجد في: رواسب رمال الشواطئ، ومناجم الرواسب الغرينية
الصيغة الكيميائية: YPO₄ (مع إحلال Pr)
محتوى Pr: 1-3%
المصدر المتخصص: الرمال المعدنية الثقيلة
يتكوّن البراسيوديميوم في المجمعات الكربوناتية والتداخلات النارية القلوية عبر التمايز الصهاري الشديد. ويتركز العنصر خلال عمليات التبلور في المراحل المتأخرة، وغالباً ما يرتبط بالسوائل الغنية بالفلور.
كفاءة إعادة التدوير منخفضة حالياً (5-10%)، لكنها تتحسن بسرعة بسبب ارتفاع الأسعار ومخاوف الإمداد.
يواجه البراسيوديميوم مواطن ضعف كبيرة في سلسلة الإمداد بسبب التركز الجغرافي للإنتاج والصعوبة التقنية في فصله عن العناصر الأرضية النادرة الأخرى. وتتطلب المعالجة تقنيات متقدمة للفصل الكيميائي.
التعامل
تتطلب مركبات البراسيوديميوم تعاملاً حذراً بسبب مخاطر تحسيس الجهاز التنفسي والجلد، إضافةً إلى مخاطر الحريق في صورة المعدن.
فلز البراسيوديميوم: شديد القابلية للاشتعال تلقائياً عند تقسيمه إلى دقائق صغيرة.
استخدم مطفأة من الفئة D أو الرمال الجافة. أخلِ المنطقة. لا تستخدم الماء مطلقاً - فهو يسبب تفاعلاً عنيفاً.
انقل المصاب فوراً إلى الهواء النقي. راقب الآثار التنفسية المتأخرة. اطلب العناية الطبية.
اغسل العينين بالماء النظيف لمدة 15 دقيقة. أبقِ الجفنين مفتوحين. أزل العدسات اللاصقة إذا أمكن ذلك بأمان.
اغسل جيداً بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة فوراً.
السمية البيئية: قد تكون مركبات البراسيوديميوم سامة للكائنات المائية. امنع إطلاقها في المجاري المائية والتربة. تخلّص منها فقط عبر مرافق النفايات الخطرة المرخصة.
إجابات سريعة
براسيوديميوم (رمزه Pr) هو العنصر 59 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.
[Xe] 4f³ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 21, 8, 2.ينصهر براسيوديميوم عند 1208 K (934.9 °C) ويغلي عند 3793 K (3519.9 °C).
تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ براسيوديميوم 140.908 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.
تبلغ كثافة براسيوديميوم مقدار 6.77 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من براسيوديميوم أثقل بنحو 6.8×.
تبلغ كهروسلبية براسيوديميوم وفق مقياس باولنغ 1.13. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تعني قيمة كهذه الانخفاض أنه يمنح إلكتروناته الخارجية بسهولة، مكوِّنًا أيونات موجبة.
اكتُشف براسيوديميوم في 1885 على يد Carl Auer von Welsbach. سُمّي على اسم prasios didymos باليونانية، وتعني «التوأم الأخضر».
يشكّل براسيوديميوم حوالي 9.2 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.