59 Pr براسيوديميوم 140.908
لانثانيد المستوى الفرعي f الدورة 6

براسيوديميوم

Pr · العنصر 59 · لانثانيد

عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 140.908 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f³ 6s²

البنية

ذرة براسيوديميوم

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.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع براسيوديميوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 6.77 g/cm³ 38%
نقطة الانصهار 1208 K 54%
نقطة الغليان 3793 K 81%
الحرارة النوعية 0.193 J/g·K
الموصلية الحرارية 12.5 W/m·K 33%

الذرية

نصف القطر الذري 182 pm 70%
نصف القطر التساهمي 203 pm
نصف قطر فان دير فالس 239 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.13 14%
طاقة التأين 526.8 kJ/mol 10%
الألفة الإلكترونية 10.5 kJ/mol 12%

الوجود

الوفرة في القشرة 9.2 mg/kg 68%

الهوية

الرمزPr
العدد الذري59
الكتلة الذرية140.9077 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةسداسي
حالات الأكسدة+3, +4
سنة الاكتشاف1885
اكتشفهCarl Auer von Welsbach

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة براسيوديميوم؟

نصف القطر 182 pm — أي 0.182 nm، ولذلك فإن نحو 2.75 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون براسيوديميوم سائلًا ضمن مجال 2585 K، من 1208 K إلى 3793 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع براسيوديميوم في سلسلة لانثانيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر اللانثانيدات الأخرى

جميع عناصر اللانثانيدات

القصة

ماهيّة براسيوديميوم وكيف اكتشفناه

عنصر أرضي نادر يلوّن نظارات اللحام، وعند خلطه مع نيوديميوم يصنع مغناطيسات هائلة القوة.

اكتشاف براسيوديميوم

قصة الاكتشاف

1885 - الصلة النمساوية

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.

الفصل العظيم

من خلال تجارب تبلور مضنية، نجح Welsbach في فصل الديديميوم إلى عنصرين متميزين. تطلبت العملية مئات مرات إعادة التبلور واستغرقت أشهراً حتى اكتملت.

تسمية «التوأم الأخضر»

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.

لغز الديديميوم

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

ابتكارات Welsbach

لم يكن Carl Auer von Welsbach مكتشفاً فحسب، بل كان مخترعاً غيّرت أعماله الحياة اليومية:

  • الشبكات الغازية: ابتكر شبكة الغاز المتوهجة باستخدام أكاسيد العناصر الأرضية النادرة
  • أحجار القدّاحات: طوّر سبيكة السيريوم-الحديد التي لا تزال تُستخدم في قدّاحات السجائر
  • المصابيح المتوهجة: حسّن فتائل التنغستن للإضاءة الكهربائية

الأثر العلمي

أثبت فصل Welsbach للبراسيوديميوم والنيوديميوم أن الكيمياء التحليلية الدقيقة يمكن أن تكشف التعقيد الخفي في الطبيعة. وأصبحت تقنياته أساساً لفصل جميع العناصر الأرضية النادرة.

التقدير والإرث

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

استخدامات براسيوديميوم

التطبيقات الصناعية المتقدمة

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.

تلوين الزجاج والسيراميك

الأخضر المصفر للبراسيوديميوم أحد أكثر الملونات ثباتاً وحيويةً المعروفة علمياً. وعلى خلاف الأصباغ العضوية التي تبهت، يحافظ البراسيوديميوم على لونه الزاهي لقرون. ويُستخدم في:

  • الزجاج المعماري الفاخر للمباني المميزة
  • الزجاج الفني والزجاج المعشق للكنائس والمتاحف
  • السيراميك المتخصص لأدوات المائدة الفاخرة
  • النظارات الواقية للحامين والعاملين في صناعة الزجاج

المواد المغناطيسية

يؤدي البراسيوديميوم دوراً حاسماً في تصنيع أقوى المغناطيسات الدائمة في العالم:

  • مغناطيسات نيوديميوم-براسيوديميوم-حديد-بورون (NdPrFeB) - أقوى من مغناطيسات النيوديميوم النقي
  • محركات المركبات الكهربائية (Tesla, Nissan Leaf, Chevy Bolt)
  • مولدات توربينات الرياح للطاقة المتجددة
  • مشغلات محركات الأقراص الصلبة لتخزين البيانات
  • مغناطيسات أجهزة MRI للتصوير الطبي

تقنيات الإضاءة والعرض

تجعل الخصائص البصرية الفريدة للبراسيوديميوم ضرورياً في:

  • المواد الفسفورية في الإضاءة الموفرة للطاقة
  • بلورات الليزر للقطع الصناعي والإجراءات الطبية
  • المضخمات البصرية في اتصالات الألياف البصرية
  • المرشحات المتخصصة للتصوير الفوتوغرافي وعلم الفلك

التطبيقات عالية التقنية

  • أبحاث الحوسبة الكمومية - البتات الكمومية المغناطيسية
  • المواد فائقة التوصيل لنقل الطاقة
  • مكونات المفاعلات النووية للكشف عن النيوترونات
  • السبائك المتخصصة لتطبيقات الطيران والفضاء

التطبيقات اليومية

تقنيات السيارات

  • مغناطيسات محركات المركبات الكهربائية (Prius, Model S)
  • مولدات المركبات الهجينة
  • أنظمة المصابيح الأمامية المتقدمة
  • مستشعرات التحكم في المحرك
  • مكونات المحولات الحفازة

الإلكترونيات الاستهلاكية

  • مغناطيسات محركات الأقراص الصلبة في الحواسيب
  • مغناطيسات مكبرات الصوت في الهواتف الذكية
  • مشغلات سماعات الرأس الفاخرة
  • عناصر عدسات الكاميرات
  • مكونات أجهزة الألعاب

الطاقة المتجددة

  • مولدات توربينات الرياح
  • أنظمة تتبع الألواح الشمسية
  • أنظمة تخزين الطاقة
  • مكونات الشبكات الذكية
  • محركات الدراجات الكهربائية

التطبيقات الزخرفية والفنية

  • الزجاج الفني والمنحوتات
  • أدوات المائدة الخزفية الفاخرة
  • عناصر الزجاج المعماري
  • تلوين المجوهرات والأحجار الكريمة
  • نوافذ الزجاج المعشق

المعدات المهنية

  • نظارات السلامة للحام
  • الأدوات العلمية
  • الأجهزة البصرية الدقيقة
  • أنظمة الليزر الصناعية
  • المعدات التحليلية

ديناميكيات السوق

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

الوجود الطبيعي

9.2 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 68% من العناصر

التوزيع الطبيعي

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.

إحصاءات الوفرة

  • القشرة الأرضية: 9.2 جزءاً في المليون (ppm)
  • الترتيب: العنصر التاسع والثلاثون من حيث الوفرة
  • مياه المحيطات: 6.4 × 10⁻⁷ ppm
  • توزيع العناصر الأرضية النادرة: 5% من إجمالي اللانثانيدات

المصادر المعدنية الرئيسية

الباستناسايت

الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
محتوى Pr: 4-6%
المصدر الرئيسي: Mountain Pass (USA)، Bayan Obo (China)

المونازيت

الصيغة الكيميائية: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
محتوى Pr: 3-5%
يوجد في: رواسب رمال الشواطئ، ومناجم الرواسب الغرينية

الزينوتيم

الصيغة الكيميائية: YPO₄ (مع إحلال Pr)
محتوى Pr: 1-3%
المصدر المتخصص: الرمال المعدنية الثقيلة

الإنتاج العالمي

  • China: 85% من الإنتاج العالمي (Inner Mongolia، Jiangxi)
  • United States: منجم Mountain Pass (نهضة العناصر الأرضية النادرة)
  • Australia: مشروع Mount Weld (طاقة إنتاجية قيد التطوير)
  • India: عمليات رمال الشواطئ في Orissa وKerala
  • Brazil: المجمعات القلوية في Minas Gerais
  • South Africa: منجم Steenkampskraal (إمكانات مستقبلية)

التكوّن الجيولوجي

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.

مصادر إعادة التدوير

  • المغناطيسات المنتهية الصلاحية من محركات الأقراص الصلبة والمحركات
  • نفايات التصنيع الناتجة عن إنتاج المغناطيسات
  • إعادة تدوير الأجهزة الإلكترونية (مكبرات الصوت، والمستشعرات)
  • استرداد مكونات السيارات من المركبات الهجينة

كفاءة إعادة التدوير منخفضة حالياً (5-10%)، لكنها تتحسن بسرعة بسبب ارتفاع الأسعار ومخاوف الإمداد.

تحديات سلسلة 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

السلامة

معلومات السلامة

مستوى الخطر المتوسط

تتطلب مركبات البراسيوديميوم تعاملاً حذراً بسبب مخاطر تحسيس الجهاز التنفسي والجلد، إضافةً إلى مخاطر الحريق في صورة المعدن.

مخاطر الحريق والتفاعل

فلز البراسيوديميوم: شديد القابلية للاشتعال تلقائياً عند تقسيمه إلى دقائق صغيرة.

  • قد يشتعل تلقائياً في الهواء عند درجة حرارة الغرفة
  • يتفاعل بعنف مع الماء لإنتاج غاز الهيدروجين
  • يُخزّن تحت الزيت المعدني أو في جو خامل
  • يلزم استخدام مطفأة حرائق من الفئة D (يُمنع استخدام الماء مطلقاً!)

مخاطر صحة الجهاز التنفسي

  • التعرض الحاد: تهيج الجهاز التنفسي، والسعال
  • التعرض المزمن: احتمال الإصابة بالتغبر الرئوي (تندّب الرئة)
  • التحسيس: قد يسبب تفاعلات تحسسية لدى الأشخاص الحساسين
  • الحماية: استخدام أجهزة تنفس معتمدة من NIOSH مزودة بمرشحات P100

ملامسة الجلد والعينين

  • الجلد: قد يسبب التهيج والتحسيس
  • العينان: تهيج شديد واحتمال حدوث تلف في القرنية
  • الامتصاص: امتصاص جلدي محدود، لكن يجب تجنب التلامس المطول
  • معدات الوقاية الشخصية: قفازات النتريل ونظارات السلامة كاملة التغطية مطلوبة

الاستجابة للطوارئ

حريق المعدن

استخدم مطفأة من الفئة D أو الرمال الجافة. أخلِ المنطقة. لا تستخدم الماء مطلقاً - فهو يسبب تفاعلاً عنيفاً.

الاستنشاق

انقل المصاب فوراً إلى الهواء النقي. راقب الآثار التنفسية المتأخرة. اطلب العناية الطبية.

ملامسة العينين

اغسل العينين بالماء النظيف لمدة 15 دقيقة. أبقِ الجفنين مفتوحين. أزل العدسات اللاصقة إذا أمكن ذلك بأمان.

ملامسة الجلد

اغسل جيداً بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة فوراً.

التخزين والتعامل

  • الصورة المعدنية: يُخزّن تحت الزيت المعدني في أوعية خاملة محكمة الإغلاق
  • المركبات: تخزين بارد وجاف بعيداً عن الأحماض والرطوبة
  • المواد غير المتوافقة: الأحماض القوية، والعوامل المؤكسدة، والماء
  • التهوية: استخدم تهوية موضعية للعادم عند التعامل معه

الأثر البيئي

السمية البيئية: قد تكون مركبات البراسيوديميوم سامة للكائنات المائية. امنع إطلاقها في المجاري المائية والتربة. تخلّص منها فقط عبر مرافق النفايات الخطرة المرخصة.

معدات التعامل الخاصة

  • صناديق قفازات ذات جو خامل للتعامل مع المعدن
  • معدات كهربائية مقاومة للانفجار في مناطق العمل
  • دُش الطوارئ ومحطات غسل العينين في مكان قريب
  • طفايات حرائق من الفئة D متاحة بسهولة

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن براسيوديميوم

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.

ما التوزيع الإلكتروني لـ براسيوديميوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـبراسيوديميوم هو [Xe] 4f³ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 21, 8, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان براسيوديميوم؟

ينصهر براسيوديميوم عند 1208 K (934.9 °C) ويغلي عند 3793 K (3519.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ براسيوديميوم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ براسيوديميوم ‏140.908 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة براسيوديميوم؟

تبلغ كثافة براسيوديميوم مقدار 6.77 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من براسيوديميوم أثقل بنحو 6.8×.

ما الكهروسلبية لـ براسيوديميوم؟

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.

من اكتشف براسيوديميوم ومتى؟

اكتُشف براسيوديميوم في 1885 على يد Carl Auer von Welsbach. سُمّي على اسم prasios didymos باليونانية، وتعني «التوأم الأخضر».

ما مدى وفرة براسيوديميوم على الأرض؟

يشكّل براسيوديميوم حوالي 9.2 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.