Praseodim (latince, Praseodimyum) periyodik sisteminin III. grubunun kimyasal elementidir. Atom numarası 59, atom kütlesi 140.9077’dir. Lantanitleri ifade etmektedir. Metal, yoğunluk bakımından 6.475 g/cm3, mp 932.C’dir. Çoğunlukla kullanım alanı; Çeliğe alaşım ilavesi, demir dışı metal alaşımları ve manyetik alaşımlar olarak öne çıkmaktadır.
Praseodim serbest halde bulunur mu?
Praseodim doğada serbest halde bulunmamaktadır. Çünkü havada yavaş yavaş oksitlenerek siyah ufalanabilmektedir. Bununla birlikte Pr6O11 oksit pulları tarafından oluşturulmaktadır. Bu formüle bakıldığında, bileşikteki metalin değerliğinin garip, üçten fazla, dörtten küçük olduğunu görmek kolaydır. Bunun bireysel bir bağlantı olmadığına inanılmaktadır.
Katalizörlerin, sensörlerin ve elektronik bileşenlerin oluşturulmasında önemli bir rol oynayan elektron hareketliliği yüksektir. Aynı zamanda iletken değil, iyi bir yalıtkandır. Nadir toprak elementleri için olması gerektiği gibi, Praseodim en yakın akrabalarıyla bir karışım halinde oluşmaktadır. Ayrıca onlardan ayrılması zordur. Yerkabuğundaki içeriği 4,5-9 mg/kg, deniz suyunda – 2,6⋅10-6 mg/l’dir. 2012’de bu metalin bir kilogramı 4.700 dolara mal olmaktaydı. Yaklaşık olarak 2.75 ons altınla aynı fiyatlara sahip olmaktadır. Yılda birkaç bin ton uygulama yapılabilmektedir.
Praseodim nasıl bulunmuştur?
Praseodim keşfinin tarihine bir dizi hata eşlik etmiştir. 1839’da Carl Mozander, daha önce keşfedilen seryum toprağının heterojen olduğunu fark etmiştir. Ondan izole edilen maddeye lantan toprağı adını verilmiştir. 1841’de, yeni toprakları ikincisinden izole etmeyi de başarmıştır. Bu toprakların özelliklerinin olağanüstü yakınlığı göz önüne alındığında, onu oluşturan kimyasal elemente didym adı verilmiştir. Bu element Yunanca “çift”, “ikiz” anlamına gelmektedir.
1861’de Periyodik Tablonun erken bir versiyonunda Di sembolünü bile almıştır. Bununla birlikte, 1879’da Fransız kimyager Lecoq de Boisbaudran, didymium’un heterojen olduğunu göstermiştir. Ayrıca ondan yeni bir element olan samaryumu izole etmiştir. Bu nedenle didimyum spektrumunun, hangi mineralden izole edildiğine bağlı olduğu ortaya çıkmıştır.
1882’de Prag’dan Bohuslav Brauner, didyme’nin başka bir tuhaflığını keşfetmiştir. Atom ağırlığı da orijinal minerale bağlı olarak yeni bir keşif yapılmıştır. Böylece didimyum elementi olmadığı tamamen anlaşılmıştır. Ancak Brauner onu bileşenlerine ayıramamıştır.
Bu gelişme ise ancak 1885’te, nadir toprak elementleri konusunda büyük bir uzman olan Avusturyalı Auer von Welsbach’a gülümsemiştir. Didimyumu nitrik asitle reaksiyona sokmuş ve kristal tuzunu elde etmişlerdir. Her biri iki gün süren yüzlerce fraksiyonel kristalizasyon işleminden sonra, elinde iki tuzun kristalleri kalmıştır. Bunların renkleri ise yeşilimsi ve pembe olarak gözlemlenmiştir. Prazios didymos’tan praseodymium adını verdiği ilk metali oluşturan “yeşil ikiz”. İkinci tuz “yeni ikiz” – neodimiyuma atfedilmiştir. Metalik formda, 1931’de saf Praseodim elde edilmiştir.
Günümüzde didim kullanıyorlar mudur?
Didyma’nın görünüşte yok olmasına rağmen, bilimsel literatürde varlığını sürdürmeye devam etmektedir. Görünüşe göre nedeni, bu kadar yakından ilişkili iki metali ayırmanın her zaman mantıklı olmamasıdır. Böylece 2011 yılında, nadir toprak elementlerinin işlenme durumunu analiz eden araştırmacılar, Kaliforniya’da lantan konsantresi ve didymiyumun cevherden elde edildiğini kaydetmiştir. Bununla birlikte, dörtte biri praseodim ve dörtte üçü neodim olarak saptanmıştır.
Günümüzde nerelerde kullanılmaktadır?
Praseodim ilgili lantanitler gibi, kullanımına yol açan iki erdeme sahiptir. Bu durum, özellikle spektrumun ultraviyole bölgesinde absorpsiyon ve emisyonun yanı sıra yüksek diamanyetizma sağlayan f- ve d-alt seviyeleri arasındaki elektronların geçişi nedeniyle güçlü lüminesans yeteneğidir.
Praseodim içeren cam, kaynakçıların ve cam eriticilerin gözlerini ultraviyole radyasyondan koruyan camlar yapmak için kullanılmaktadır. Aynı zamanda praseodim oksitli cam, büyük hacimde yeşilimsi bir renge sahip olmasına rağmen, pratik olarak renksizdir. Bu element aynı zamanda seramikler için parlak sarı pigmentlerin üretiminde de kendine yer bulmuştur.
Neodimiyum-demir-bor sisteminin manyetik olarak sert alaşımlarında, onlardan yel değirmeni jeneratörlerinin çekirdeklerinin yapıldığı bilinmektedir. Özellikle – praseodimyum, kural olarak, kardeşine bir katkı maddesi olarak dahil edilmektedir. Sonuçta, neodimiyum doğada çok daha yaygındır. Ayrıca lantanitlerin belirli bir eşlik kuralı vardır. Bunlar; çift sayılı elementlerin içeriği ve tek olanlardan birkaç kat daha fazladır. Bununla birlikte, manyetik alaşımlar sadece praseodim ile geliştirilmektedir. Ayrıca magnezyum, alüminyum ve titanyum alaşımlarının mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde artırmaktadır. XXI. yüzyılda praseodimyum yeni meslekler kazanabilecektir.
Praseodim elektrik mühendisliğinde nasıl kullanılabilmektedir?
Süper kapasitörler elektrikli araçlar için, genel olarak rüzgar ve güneş ışığına dayalı olacak geleceğin enerji sistemleri için kullanılmaktadır. Ayrıca düzeltilmesi gereken pik yüklerin olduğu her yerde vazgeçilmez cihazlar olarak kabul edilmektelerdir. Süper kapasitör, biriken elektriği hızlı bir şekilde serbest bırakabilmektedir. Ayrıca bu durum, sürekli yük altında iyi hissettiren pillerin ömrünü birçok kez uzatmaktadır. Bir süper kapasitör oluşturmak için geniş bir spesifik yüzey alanına sahip elektrotlar gereklidir. Şimdi gözenekli karbondan yapılmışlardır. Ancak başka bir yaklaşım da mümkündür. Bununla birlikte iletken bir polimerin nano parçacıkları olarak da kullanılabilmektedir.
Tam olarak bir praseodimyum oksit çekirdekli ve bir dış polipirol tabakasına sahip bu tür parçacıklar 2011’de elde edilmiştir. Nikel sünger üzerinde biriken bu tür parçacıklardan yapılmış bir elektrotun iletkenliği, saf polipirolünkinden bir buçuk kat daha fazladır. Ayrıca birçok şarj-deşarj döngüsünden sonra elektrik biriktirme yeteneği çok daha az değişmiştir. Ayrıca yakıt hücrelerine praseodimi bağlamaya çalışıyorlardır. Bu nedenle, 600 ° C’de çalışan katı elektrolitli versiyonlarında, seryum ve lantan bazlı bir alaşımdan yapılmış bir katot kullanılmaktadır. Praseodim nikelit ile değiştirilmesi, katot direncinin on kat azaltılabileceğini göstermiştir. Bu da böyle bir elementin kaderini olumlu yönde etkileyecektir.
Radyoaktif praseodim işe yarayabilir mi?
Atom çağının başlangıcından beri, tıpta vücuttaki kanser hücrelerini yok etmek için radyoizotoplar kullanılmıştır. Bu nedenle de, bir radyoaktif elementin izotoplarının yalnızca beta ışınları, elektronlar yaymasını ve bazı gama ışınları yaymasını gerektirmektedir.
Elektronlar çok hızlı enerji kaybederler ve pratik olarak sağlıklı dokulara zarar vermezler. Bu nedenle gama ışınları ise tüm vücuda kolayca nüfuz ederek sayısız hasara neden olmaktadır. Bununla birlikte küçük bir gama radyasyonu, radyoaktif ilacın nerede yoğunlaştığını belirlemeyi kolaylaştırmaktadır.
Ağır, nükleon dolgulu lantanit çekirdekleri, bu tür tıbbi izotopların rolü için mükemmel adaylardır. Kendilerini çekirdeğe bir nötron ekleyerek ve kararlı bir çekirdekteki proton ve nötronların sayısıyla ilgili iyi bilinen radyoaktivite kuralı sayesinde, hızla bir protona ve atomdan uçan bir elektrona dönüştürebilmek mümkündür. Gerçekten de, tablodaki neodimyumun hemen arkasında, kararlı izotopları olmayan radyoaktif prometyum bulunmaktadır.
Praseodim, az miktarda gama kuantası ile yumuşak beta radyasyonu üretebilen radyoaktif izotop Pr-142, kararlı Pr-141’den bir hedefin nötronlarla işlenmesiyle ya bir reaktörde, ya da bir hızlandırıcıda elde edilmektedir. Kısa yarılanma ömrü (19.12 saat) ve dozun %90’ını 2.68 günde geri vermesi, yani kaynağının yoğun ve kısa ömürlü olmasıyla diğer birçok tıbbi radyoaktif izotoptan farklıdır. Karşılaştırma için, itriyum-90’ın yarı ömrü 64 saat, fosfor-32’nin yarı ömrü 14 gündür. Gama ışınları, komşu dokulara minimum zarar veren radyoaktif bozunma enerjisinin sadece% 3’ünü taşımaktadır. Ayrıca beta elektronları dokuya 3 cm boyunda nüfuz etmektedir. Böyle bir ilaç özel koruyucu önlemler gerektirmemektedir.
Praseodim cam tanelere yerleştirilebilmekte ve normal bir ameliyathanede onunla çalışmayı mümkün kılmaktadır. Praseodim kaynağının parametreleri, prostat kanseri hücrelerinin yok edilmesi için kullanılmasını da mümkün kılmaktadır. Bu durumda, bahsedilen tahıllar tümöre verilmektedir. Bununla birlikte, radyoaktif Praseodim oksit Pr2O3’ün nano parçacıkları kullanılırsa, akciğer kanserine karşı çift etkili bir silah elde edilecektir. Daha öncesinde praseodim, tümör hücrelerine radyasyonla birlikte etki etmektedir. Ayrıca daha sonra neodim okside dönüşerek kendi kendini yok etmesine neden olmaktadır.
Praseodim radyoaktif müstahzarları, bir damar ve bir atardamar arasında doğrudan bir bağlantı olduğunda arteriyovenöz malformasyonun tedavisinde kullanılabilmektedir. Ayrıca romatoid artritte oluşan mühürlerin yok edilmesinde radyo cerrahide de kullanılabilmektedir.
Praseodim ile hangi nano cihazlar yapılabilmektedir?
Nanoteknoloji uzmanları, Praseodim elementinin ultraviyole ışık yayma yeteneğinden yararlanmak istemektelerdir. Bunu yapmak için, önce elektronu birkaç adımda f-alt seviyesinden daha yüksek olan d-alt seviyesine taşımak gerekmektedir. Ardından ise, inişini sağlamanız gerekmektedir. Bir elektron turuncu bir lazerin ışığıyla yukarı doğru hareket edebilmektedir. Ayrıca düştüğünde ultraviyole ışık vermektedir. Bir itriyum-alüminyum granat nanokristaline ayrı ayrı praseodimyum iyonları implante edilirse, kompakt bir ultraviyole yayıcı elde edilecektir.
Biraz beceriyle, tek atomlu bir emitör bile yapılabilmektedir. Ancak bunu yapmak için granatın kendisini iyice temizlemeniz gerekmektedir. Ayrıca itriyum ile birlikte birçok Praseodim atomu oraya gelmektedir. Böyle bir emitör, özellikle implante edilen atomlar ızgara gibi bir model şeklinde yerleştirilirse hem nano yapıların üretimi için, hem de canlı malzeme ile çalışmak için faydalı olacaktır. İlk durumda böyle bir kristale, bir lazerle aydınlatılan, praseodim atomlarının parlamasına neden olan bir fotorezist tabakası uygulanmaktadır. Daha sonra ise bunların her birinin etrafında fotorezist, bir yarım küre şeklinde polimerleşmektedir. İkinci durumda, kristalin yüzeyinde biriken bakteriler turuncu altında ölmektedir. Bununla birlikte insanlara zarar vermemektedir. Bu ışınlama ise, böyle bir yayıcı hem doktorlar, hem de biyologlar için faydalıdır.
F-elektronları kullanan floresan, DNA gibi büyük molekülleri incelemek için ışıklı problar oluşturmayı mümkün kılmaktadır. Gerçek şu ki, dış alan elektron bulutlarının geometrisini ve dolayısıyla ışımanın parametrelerini güçlü bir şekilde etkilemektedir. Bundan yararlanmak için, Praseodim iyonu bazı küçük organik moleküllere bağlanmaktadır. DNA’ya katıldığında ise, iyon ışıltısının doğasını değiştirecek ve ona bakarak araştırmacı bu bağlantının nasıl yapıldığını bulabilecektir.
Praseodim için umut vadeden bir diğer alan ise kuantum bilgisayarlardır. Çekirdeği, yönü radyasyon yardımıyla değiştirilebilen bir dönüşe sahiptir. Bu durumda, Praseodim çekirdeği uzun bir süre, onlarca saniye de kalabilmektedir. Bu atomun flüoresans sırasında yaydığı ışık kuantumunu inceleyerek nükleer dönüşün yönü hakkında bilgi edinebilirsiniz. Ayrıca, Praseodim kübitlerin, birbirlerinden onlarca nanometre uzaklıkta bulunsalar bile etkileşimlerini organize etmek mümkündür. Bu da bir katı hal kuantum bilgisayarının geliştirilmesi için ilginç fikirler önermektedir.
