Praseodim Nedir, Özellikleri Nelerdir, Nerelerde Kullanılır?

Praseodim, lantanit elementler arasında yer alır. İsmi, “yeşil ikiz” anlamındaki bir kelimeden türetilmiştir. Ancak karakteristik rengi sarıdır.

Praseodim, belki de adını hiç duymadığınız elementlerden biri. Yerkabuğunda 2 milyon ton civarında rezervi bulunduğu tahmin edilen praseodim, nadir toprak elementlerindendir. Hibrit otomobillerde, uçak alaşımlarında ve renkli camlarda kullanılan ve her geçen gün uygulama alanı genişleyen bir ivmeye sahip. Bileşikleri karakteristik olarak parlak sarı renklidir; ancak tuzları açık yeşildir. Özellikle camlara mükemmele yakın sarı bir renk verir. Bazı lambalarda da ışığa sarı renk kazandırır. İsmi ile de merak uyandıran bir metaldir.

Tarihçesi

Praseodim, 1885 yılında Avusturyalı bilim adamı Baron Carl Auer von Welsbach tarafından Viyana’da keşfedilmiştir.

1841 yılında İsveçli kimyager Carl Gustav Mosander, lantan kalıntısından nadir toprak element kalıntıları ayrıştırdı. “Didimiyum” adını verdiği bu kalıntılar, 40 yıldan fazla bir süre element olarak kabul edildi. 1869 yılında periyodik tablonun ilk baskısında bir simge bile verildi. Ancak lantanit elementlerin karışımından oluşuyordu. Bazı kimyagerler, didimiyumun birden fazla element içerip içermediğini araştırdı. 1879 yılında Fransız kimyager Lecog de Boisbaudran, didimiyumdan samaryumu ayrıştırdı. 1882 yılında Çek kimyager Bohuslav Brauner, nadir toprak elementleri için atom ağırlığı tayinleri üzerine bir makale yayınladı. Makalede, didimiyumla ilgili farklı bilgiler verdi. Brauner, didmiyumun bir karışım olduğuna karar verdi ve ayrıştırmaya çalıştı; ancak başarılı olamadı. 1885 yılında ise, Welsbach, didimyumu iki element olarak ayrıştırmayı başardı. Welsbach, fraksiyonel yeşilimsi kahverengi praseodim ve pembe neodim tuzlarını elde etmek için nitrik asit ile didimiyumu reaksiyona sokarak ayrıştırdı. Oksit halde elde edilen iki elemente, praseodim ve neodimyum adlarını verdi. Praseodimin saf metal formu ilk olarak 1931 yılında elde edilebildi.

“Praseodim” kelimesi, Yunanca “yeşil ikiz” anlamındaki “prasinos didymos” kelimesinden türetilmiştir. Praseodimin yeşil tuzları ile neodim arasındaki yakın ilişkiden esinlenilerek bu isim verilmiştir. İngilizcesi, “praseodymium” şeklindedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Praseodimin kimyasal sembolü “Pr”dir. Atom numarası 59, atom ağırlığı 140,90, yoğunluğu 6,77 gcm3’tür. Erime noktası 931 derece, kaynama noktası 3520 derecedir. Lantanitler element serisinin üçüncü sırasında yer alır. Kristal yapısı oda sıcaklığında hekzagonaldır. 560 derecede yüzey merkezli kübik kristal yapısına geçer. 935 derece civarında vücut merkezli kübik bir yapı alır. Karakteristik olarak gümüşî soluk sarı renklidir. Görünüşü grimsi beyazdır. Yumuşak, gümüşsü, sünek, dövülebilir bir metaldir. Tel haline getirilebilir. Kimyasal, manyetik, elektriksel ve optik özellikleri ayrıcalık kazandırır. Elektropozitifliği yüksektir. Oda sıcaklığında paramanyetiktir.

Praseodimin doğal formu oldukça reaktiftir. Yeşil renkli bir dizi bileşik oluşturabilir. Tuzları, çözelti halindeyken yeşil renklidir. Saf metal formu, havada yavaş yavaş yeşil bir oksit tabakası ile kaplanır. Demir pası gibi yıpranarak oksit tabakası oluşturur. Bir santimetrekarelik praseodim parçası, 1 yıl içinde tamamen korozyona uğrar. Hidroksit oluşturmak için sıcak ve soğuk su ile yavaş yavaş reaksiyona girer. Bu reaksiyondan hidrojen gazı açığa çıkarır. Metal praseodim, trihalojenleri oluşturmak için tüm halojenlerle reaksiyona girebilir.

Doğada, nadir bulunur, saf olarak oluşumu yoktur. Diğer nadir toprak metalleriyle birlikte oluşur. Lantanitler arasında bolluk bakımından dördüncü sıradadır. Yerkabuğunda ağırlık bakımından milyonda 9,1 parça praseodim içeriği vardır; kilogram başına 9,1 miligram bulunur. Bolluk bakımından kurşun ve bor arasında bir miktardadır. Başlıca mineralleri bastnatsite ve monazittir. Bu minerallerden iyon değişimi ve çözücü ekstraksiyon (organik çözücülerle ayırma işlemi) yöntemleri ile ayrıştırılır. Metal praseodim, susuz klorürü kalsiyum ile indirgemek suretiyle elde edilir. Praseodim, katı bileşiklerde +4, sulu solüsyonlarda +3 oksidasyon durumu sergiler. Beş dış elektronun hepsi değerlik elektronları olarak görev yapabilir. Sulu praseodim iyonları, sarımsı yeşildir.

Praseodim, doğada bir adet kararlı izotop olarak bulunur. Sadece Pr-141 izotopu oluşumu vardır. Bunun dışında kütle numaraları 121 ila 159 arasında değişen yaklaşık 40 izotopu daha vardır. Bunlardan 15’i radyoaktiftir. Yedi adet de nükleer izomeri bulunur. 13,5 gün yarılanma ömrü bulunan Pr-143 izotopu haricindeki izotoplarının çoğu 1 günden daha az, bazıları da 1 dakikadan daha az yarılanma ömrüne sahiptir. Pr-155 ve Pr-156 izotoplarının yarılanma ömürleri 300 nanosaniyedir. Uranyumun fizyon ürünleri arasında Pr-141 ve Pr-143 izotopları da bulunur. Pr-141’den daha hafif izotopların birincil bozunma modu, ters beta bozunması veya elektron yakalama şeklinde seryum izotoplarıdır. Pr-141’den daha ağır izotoplarının birincil bozunma modu ise, beta bozunması şeklinde neodim izotoplarıdır.

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Praseodimin ticari anlamda önemli bir uygulaması bulunmuyor. Bazı bileşikleri ve metal formunun sınırlı uygulamaları var. Radyoaktif izotopları, ticari anlamda kullanılabilir özellikler taşımıyor. Praseodim; cam yapımı sırasında ortaya çıkan sarı ışığı ve kızılötesi ışınımı, ışık kaynaklarından filtreleme özelliğine sahip. Bu özellik, endüstriyel kullanımına olanak sağlıyor. Praseodim tuzları; gözlük, mine ve sırların yoğun ve alışılmadık derecede temiz sarı renkte olmasını sağlar. Bardak, seramik, emaye gibi ürünlerde sarı renk elde etmek oldukça ideal bir bileşenlerdir. Prasoidim oksit, neodim ile birlikte didimiyum camların bir bileşenidir. Katalizörler ve cam parlatma uygulamalarında giderek artan bir kullanıma sahiptir.

Diğer nadir toprak elementleri ile birlikte birçok bileşende ve alaşımda kullanılır. Sadece praseodimin kullanıldığı spesifik uygulamalar da var. Praseodim, güçlü mıknatıslarda mukavemeti ve dayanıklılığı artırır. Uçak motorlarında kullanılan yüksek mukavemetli alaşımlarda magnezyum, itriyum ve neodim ile birlikte kullanılmaktadır. Praseodim flüorür, sinema sektöründe stüdyo aydınlatmaları, projektör ışıkları ve karbon ark lambaları çekirdeklerinde kullanılır.

Misch metal ve ferroseryum alaşımları, diğer lantanitlerle birlikte praseodim de içerir. Praseodim, fiber optik kablolara bir doping ajanı olarak katılır ve burada bir sinyal amplifikatörü olarak kullanılır. Praseodim, ayrıca, hibrit otomobillerde ve rüzgâr türbinlerinde kullanılan elektrik motorlarında ve jeneratörlerdeki yüksek yoğunluklu mıknatıslarda kullanılır. Hibrit otomobillerin şarj edilebilir nikel metal hidrür (NiMH) pillerinin içeriğinde de yer alır. Bu pillerdeki negatif elektrot (katot); praseodim, neodim, lantan ve seryum içeren hidritlerden oluşan bir metal hidrür karışımıdır.

Praseodim, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı alanlar ve ürünler şunlardır; nadir toprak mıknatısları, lazerler, karbon ark lambaları, cam ve emaye renklendiriciler, kaynak ve cam işleme gözlüğü, fiber optik amplifikatör, çeşitli katalizörler, televizyon ekranları, enerji tasarruflu lambalar, flüoresan lambalar…

Bunları Biliyor Musunuz?

• 1920’li yıllarda praseodim kullanılarak renklendirilen sarı-yeşil camlara “prasemit” adı verilirdi. Neodim katılarak üretilen praseodim içerikli renkli camlara ise “heliolit” denirdi.
  
• Praseodim, diğer lantanitlerin birçoğunun yerine kullanılabilecek özelliktedir. Uygulamalarda diğer lantanitlerin yerine kullanıldığında önemli bir işlev kaybı yaşanmaz.
  
• Praseodimin bilinen bir biyolojik rolü bulunmuyor. Çok zehirli değildir. Çözünmeyen tuzları toksik değildir.
  
• Maruz kalınma halinde karaciğer fonksiyonlarını bozabileceği ile ilgili bazı değerlendirmeler yapılıyor. Hücre membranlarında hasara neden olduğu, üreme ve sinir sisteminin işlevleri üzerinde olumsuz etkiler oluşturduğu belirtiliyor.
  
• Praseodim, diğer nadir toprak elementleri gibi mineral yağları ve plastik içinde saklanabilir.
  
• Praseodim, üretimi pahalı elementlerdendir. Bir kilogram praseodimin piyasa fiyatı 1000 ila 1500 dolar arasındadır.
  
• Praseodim içeren mineraller ağırlıklı olarak Çin, ABD, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya’da bulunur.
  
• Yerkabuğundaki praseodim rezervlerinin yaklaşık 2 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir.
  
• Dünya genelinde yılda yaklaşın 2 bin 500 ton praseodim üretilmektedir.