59 Pr براسيوديميوم 140.908
لانثانيد f-block Period 6

براسيوديميوم

Pr · Element 59

A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets.

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

البنية

ذرة براسيوديميوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

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

فيزيائية

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

ذرية

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

إلكترونية

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

الوفرة

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
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 مقياس

How big is a براسيوديميوم atom?

Radius 182 pm — that is 0.182 nm, so about 2747 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

براسيوديميوم is liquid over a 2585 K window, from 1208 K to 3793 K.

موضعه

موضعه في الجدول

براسيوديميوم sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER اللانثانيدات

All اللانثانيدات

القصة

ما هو براسيوديميوم، وكيف اكتشفناه

A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets.

The discovery of براسيوديميوم

قصة الاكتشاف

1885 - الصلة النمساوية

كان Carl Auer von Welsbach، الكيميائي والمخترع النمساوي، يدرس الديديميوم - وهو عنصر مفترض حيّر العلماء لعقود. وباستخدام تقنية التبلور التجزيئي المطوّرة حديثًا، اشتبه في أن الديديميوم ليس عنصرًا واحدًا.

الفصل العظيم

من خلال تجارب تبلور شاقة، نجح Welsbach في فصل الديديميوم إلى عنصرين متميزين. تطلبت العملية مئات عمليات إعادة التبلور واستغرقت أشهرًا لإتمامها.

تسمية «التوأم الأخضر»

سمّى Welsbach أحد العنصرين «البراسيوديميوم» انطلاقًا 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 عامًا، كان العلماء يدرسون «الديديميوم» معتقدين أنه عنصر واحد. بدأ اللغز عام 1841 عندما فصله Carl Mosander للمرة الأولى عن السيريوم. وجاء الاختراق عندما طبّق Welsbach التحليل الطيفي المنهجي لدراسة خصائص العنصر المفترض.

«كشف المطياف عن خطوط لا يمكن أن تنتمي إلى عنصر واحد - وهكذا حُلّ لغز الديديميوم أخيرًا.»

— Carl Auer von Welsbach، 1885

ابتكارات Welsbach

لم يكن Carl Auer von Welsbach مكتشفًا فحسب، بل كان مخترعًا غيّرت أعماله الحياة اليومية:

  • شِباك الغاز: اخترع شِباك الغاز المتوهج باستخدام أكاسيد العناصر الأرضية النادرة
  • أحجار القدّاحة: طوّر سبيكة السيريوم-الحديد التي لا تزال مستخدمة في قداحات 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 أساسًا لفصل جميع العناصر الأرضية النادرة.

التقدير والإرث

على الرغم من حصول Welsbach على العديد من التكريمات خلال حياته، ومنها منحه لقب بارون من إمبراطور النمسا، فإن إسهاماته في كيمياء العناصر الأرضية النادرة غالبًا ما تُغفل. وتدين الصناعات الحديثة عالية التقنية بوجودها لاكتشافاته الأساسية.

الاستخدامات

فيما يُستخدم براسيوديميوم

التطبيقات الصناعية المتقدمة

يُعدّ البراسيوديميوم «خبير الألوان» في عائلة العناصر الأرضية النادرة، إذ ينتج أكثر الألوان الخضراء حيويةً في علم المواد. ويجعل تركيبه الإلكتروني الفريد منه مادةً لا غنى عنها في التطبيقات البصرية والمغناطيسية.

تلوين الزجاج والسيراميك

الأصفر المخضر للبراسيوديميوم أحد أكثر الملونات ثباتًا وحيويةً المعروفة للعلم. وعلى خلاف الأصبغة 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 وعمال الزجاج

المواد المغناطيسية

يؤدي البراسيوديميوم دورًا أساسيًا 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 التصوير بالرنين المغناطيسي للتصوير الطبي

تقنيات الإضاءة والعرض

تجعل الخصائص البصرية الفريدة للبراسيوديميوم منه عنصرًا أساسيًا في:

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

التطبيقات عالية التقنية

  • أبحاث الحوسبة الكمومية - البتات الكمومية المغناطيسية
  • المواد فائقة التوصيل لنقل الطاقة
  • مكونات المفاعلات النووية لكشف 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 الأقراص الصلبة للحواسيب
  • مغناطيسات مكبرات صوت الهواتف الذكية
  • مشغلات سماعات الرأس الفاخرة
  • عناصر عدسات الكاميرات
  • مكونات منصات الألعاب

الطاقة المتجددة

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

الاستخدامات الزخرفية والفنية

  • الزجاج الفني والمنحوتات
  • أدوات المائدة الخزفية الفاخرة
  • العناصر الزجاجية المعمارية
  • تلوين المجوهرات والأحجار الكريمة
  • النوافذ الزجاجية المعشقة

المعدات المهنية

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

ديناميكيات السوق

تتسم أسعار البراسيوديميوم بتقلبات كبيرة بسبب محدودية العرض وتزايد الطلب من صناعة المركبات الكهربائية. وتحتاج السيارة الكهربائية النموذجية إلى 200-600 غرام من البراسيوديميوم في مكوناتها المختلفة.

مصدره

وجوده الطبيعي

9.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 68% of elements

التوزيع الطبيعي

البراسيوديميوم أحد العناصر الأرضية النادرة الأقل شيوعًا، إذ لا يمثل سوى نحو 5% من إجمالي محتوى اللانثانيدات في رواسب الخام. وعلى الرغم من كونه «نادرًا»، فإنه أكثر وفرة من الفضة أو الزئبق.

إحصاءات الوفرة

  • القشرة الأرضية: 9.2 جزء في المليون (ppm)
  • الترتيب: العنصر رقم 39 من حيث الوفرة
  • مياه المحيطات: 6.4 × 10⁻⁷ ppm
  • توزيع العناصر الأرضية النادرة: 5% من إجمالي اللانثانيدات

المصادر المعدنية الرئيسية

الباستنيزيت

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 الغرين

الزينوتيم

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

الإنتاج العالمي

  • China: 85% من الإنتاج العالمي (منغوليا الداخلية، Jiangxi)
  • United States: منجم Mountain Pass (إحياء العناصر الأرضية النادرة)
  • Australia: مشروع Mount Weld (تطوير القدرة الإنتاجية)
  • India: عمليات رمال الشواطئ في Orissa وKerala
  • Brazil: المعقدات القلوية في Minas Gerais
  • South Africa: منجم Steenkampskraal (إمكانات مستقبلية)

التكوّن الجيولوجي

يتكوّن البراسيوديميوم في معقدات الكربوناتيت والتداخلات النارية القلوية من خلال التمايز الصهاري الشديد. ويتركز العنصر أثناء عمليات التبلور في المراحل المتأخرة، وغالبًا ما يرتبط بالسوائل الغنية بالفلور.

مصادر إعادة التدوير

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

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

تحديات سلسلة الإمداد

يواجه البراسيوديميوم مواطن ضعف كبيرة في سلسلة الإمداد بسبب التركّز الجغرافي للإنتاج والصعوبة التقنية لفصله عن العناصر الأرضية النادرة الأخرى. وتتطلب معالجته تقنيات فصل كيميائي متطورة.

التعامل

السلامة

معلومات السلامة

مستوى الخطر المتوسط

تتطلب مركبات البراسيوديميوم تداولًا حذرًا بسبب مخاطر تحسس الجهاز التنفسي والجلد، إضافةً إلى مخاطر الحريق في صورة المعدن.

مخاطر الحريق والتفاعل

معدن البراسيوديميوم: قابل للاشتعال تلقائيًا بدرجة كبيرة عند تقسيمه إلى دقائق صغيرة.

  • قد يشتعل تلقائيًا في الهواء عند درجة حرارة الغرفة
  • يتفاعل بقوة مع الماء منتجًا غاز الهيدروجين
  • يُخزّن تحت الزيت المعدني أو في جو خامل
  • يلزم استخدام مطفأة حريق من الفئة D (يُمنع استخدام الماء!)

مخاطر الجهاز التنفسي

  • التعرض الحاد: تهيج الجهاز التنفسي والسعال
  • التعرض المزمن: احتمال الإصابة بتغبر الرئة (تندب الرئتين)
  • التحسس: قد يسبب تفاعلات تحسسية لدى الأشخاص الحساسين
  • الحماية: استخدم أجهزة تنفس معتمدة من NIOSH مزودة بمرشحات P100

ملامسة الجلد والعينين

  • الجلد: قد يسبب التهيج والتحسس
  • العينان: تهيج شديد واحتمال حدوث ضرر في القرنية
  • الامتصاص: امتصاص الجلد محدود، لكن ينبغي تجنب التلامس المطول
  • معدات الوقاية الشخصية: قفازات من النتريل ونظارات سلامة تغطي العينين بالكامل مطلوبة

الاستجابة للطوارئ

حريق المعدن

استخدم مطفأة من الفئة D أو الرمل الجاف. أخلِ المنطقة. لا تستخدم الماء مطلقًا - فهو يسبب تفاعلًا عنيفًا.

الاستنشاق

انقل المصاب إلى هواء نقي فورًا. راقب الآثار التنفسية المتأخرة. اطلب العناية الطبية.

ملامسة العينين

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

ملامسة الجلد

اغسل جيدًا بالماء والصابون. انزع الملابس الملوثة فورًا.

التخزين والتداول

  • الصورة المعدنية: يُخزّن تحت الزيت المعدني في حاويات خاملة محكمة الإغلاق
  • المركبات: تخزين بارد وجاف بعيدًا عن الأحماض والرطوبة
  • المواد غير المتوافقة: الأحماض القوية، والمؤكسدات، والماء
  • التهوية: استخدم تهوية موضعية للعادم عند التداول

الأثر البيئي

السمية البيئية: قد تكون مركبات البراسيوديميوم سامة للحياة المائية. امنع إطلاقها في المجاري المائية والتربة. تخلّص منها عبر مرافق مرخصة للنفايات الخطرة فقط.

معدات التداول الخاصة

  • صناديق قفازات ذات جو خامل لتداول المعدن
  • معدات كهربائية مقاومة للانفجار في مناطق العمل
  • دش الطوارئ ومحطات غسل العينين في مكان قريب
  • طفايات حريق من الفئة D متاحة بسهولة

إجابات سريعة

براسيوديميوم: أسئلة شائعة

What is براسيوديميوم?

براسيوديميوم (symbol Pr) is element 59 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of براسيوديميوم?

براسيوديميوم's ground-state electron configuration is [Xe] 4f³ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 21, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of براسيوديميوم?

براسيوديميوم melts at 1208 K (934.9 °C) and boils at 3793 K (3519.9 °C).

What is the atomic mass of براسيوديميوم?

The standard atomic weight of براسيوديميوم is 140.908 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is براسيوديميوم?

براسيوديميوم has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of براسيوديميوم is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of براسيوديميوم?

براسيوديميوم has a Pauling electronegativity of 1.13. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered براسيوديميوم, and when?

براسيوديميوم was discovered in 1885 by Carl Auer von Welsbach. It is named after greek prasios didymos, "green twin".

How common is براسيوديميوم on Earth?

براسيوديميوم makes up about 9.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.