Празеодим (Pr)
ЛантаноидТвёрдое тело
Стандартная относительная атомная масса
140,90766 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f3Температура плавления
930,85 °CТемпература кипения
3519,85 °CПлотность
6770 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3, +4, +5Электроотрицательность (по Полингу)
1,13Энергия ионизации (1-я)
5,4702 eVГод открытия
1885Атомный радиус
185 pmПодробные сведения
Празеодим — легкий лантаноид и один из редкоземельных элементов. В природе он встречается вместе с другими лантаноидами, главным образом в минералах, таких как монацит и бастнезит, и при обычных геохимических условиях существует только в степени окисления +3. Его химия определяется солями и оксидами Pr³⁺, однако элемент легче окисляется до Pr⁴⁺, чем большинство соседних лантаноидов. Празеодим имеет технологическое значение в постоянных магнитах, оптических материалах, керамике и специализированных сплавах.
Празеодим мягкий, серебристый, ковкий и пластичный. Он несколько более устойчив к коррозии на воздухе, чем европий, лантан, церий или неодим, но на нём образуется зелёная оксидная плёнка, которая отслаивается при воздействии воздуха. Как и другие редкоземельные металлы, его следует хранить под лёгким минеральным маслом или в герметичной пластиковой упаковке.
Название происходит от греческого prasios, «зеленый», и didymos, «близнец», из-за бледно-зеленых солей, которые он образует. Празеодим был открыт австрийским химиком Карлом Ауэром (барон фон Вельсбах) в 1885 году, который выделил его и элемент неодим из образца дидимия (ранее считавшегося отдельным элементом).
Празеодим был открыт Карлом Ф. Ауэром фон Вельсбахом, австрийским химиком, в 1885 году. Он отделил празеодим, а также элемент неодим, от материала, известного как дидимий. Сегодня празеодим в основном получают методом ионного обмена из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами.
От греческого слова prasios, зеленый, и didymos, близнец. В 1841 году Мосандер выделил редкоземельную дидимию из лантаны; в 1879 году Лекок де Буабодран выделил новую землю, самарий, из дидимии, полученной из минерала самарскита. Шесть лет спустя, в 1885 году, фон Вельсбах разделил дидимию на две другие — празеодимию и неодимию, которые давали соли разных цветов. Как и у других редкоземельных элементов, соединения этих элементов в растворе имеют характерные резкие полосы или линии спектрального поглощения, некоторые из которых имеют ширину всего несколько ангстремов.
Чистый празеодим — мягкий, серебристый металл с бледно-жёлтым оттенком в свежем срезе. Он легко тускнеет на воздухе, образуя оксидные слои, которые могут отслаиваться, поэтому металл обычно хранят под минеральным маслом, инертным газом или в вакууме. Он ковкий и медленно реагирует с водой, быстрее — с разбавленными кислотами.
Наибольшее использование празеодима связано со сплавами магнитов из неодима-железа-борa, где он может частично заменять неодим и помогать настраивать магнитные и технологические свойства. Соединения празеодима окрашивают стёкла и керамические глазури в жёлто-зелёные тона, а смешанное празеодим-неодимовое стекло используется в фильтрах дидимия для защиты глаз при стеклодувных работах. Празеодим также используется в некоторых сплавах мишметалла, полировальных и каталитических материалах, а также в легированных оптических кристаллах или волокнах для специализированных лазеров и сигнальных устройств.
Основное применение празеодима — в качестве легирующего агента совместно с магнием для получения высокопрочных металлов, используемых в авиационных двигателях. Празеодим также составляет около 5% мишметалла — материала, который используется для изготовления кремней для зажигалок. Празеодим входит в состав сердечника угольных дуговых ламп, используемых в киноиндустрии для студийного освещения и прожекторных ламп. Празеодим добавляют в оптоволоконные кабели в качестве легирующей добавки, где он используется как усилитель сигнала. Соли празеодима используются для придания стеклам и эмалям жёлтой окраски. Празеодим также является компонентом дидимового стекла, которое используется для изготовления некоторых типов защитных очков сварщиков и стеклодувов.
Мишметалл, используемый при изготовлении сигаретных зажигалок, содержит около 5% металлического празеодима. Оксиды редкоземельных элементов, включая Pr2O3, относятся к числу наиболее тугоплавких известных веществ. Наряду с другими редкоземельными элементами он широко используется в качестве материала сердечника для угольных дуг, применяемых киноиндустрией для студийного освещения и проекции. Соли празеодима используются для окрашивания стекол и эмалей; в смеси с некоторыми другими материалами празеодим придаёт стеклу интенсивную и необычайно чистую жёлтую окраску. Дидимовое стекло, компонентом которого является празеодим, служит красителем для очков сварщиков.
Изотопы в медицине
Благодаря относительно короткому периоду полураспада (19,12 ч) и распаду преимущественно за счет бета-распада (96,3 процента бета-распада и 3,7 процента альфа-распада), 142Pr был предложен для двух основных инновационных применений в медицине, а именно в брахитерапии микросферами и в брахитерапии с глазной пластиной [425] M. C. Ferreira. Dosimetric Study of Beta-Minus Emitter Praseodymium-142: Applications in Microsphere Brachytherapy for Hepatocellular Carcinoma and Brachytherapy for Ocular Squamous Cell Carcinoma, East Carolina University Greenville, North Carolina, USA (2013).. 142Pr имеет преимущества, поскольку проникновение бета-составляющей излучения ограничено несколькими миллиметрами в ткани, что, следовательно, ограничивает дозу излучения в области лечения. 142Pr может быть получен либо путем активации быстрыми нейтронами, либо путем тепловой нейтронной активации стабильного 141Pr.
Ведутся исследования радиофармпрепаратов с металлами с целью определить наиболее эффективный способ получения и обработки радиоактивных металлов для in vivo-трассирования. Эти исследования привели к разработке потенциального генератора радионуклидов, который вводит комплексы радиоактивных металлов для наблюдения при визуализации методом позитронно-эмиссионной томографии (PET). Генератор радионуклидов с соотношением количеств n(140Nd)/n(140Pr) был разработан для введения комплексов 140Pr, таких как 140Pr-DTPA, для использования в качестве трассера при PET-сканировании [426] K. P. Zhernosekov. Radiochemical Aspects of Production and Processing of Radiometals for Preparation of Metalloradiopharmaceuticals, Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Department of Chemistry, Pharmacy and Earth Sciences (2017), Feb. 27; https://publications.ub.uni-mainz.de/theses/volltexte/2006/1043/pdf/1043.pdf.. Период полураспада 140Pr составляет 3,4 мин. Генераторы радионуклидов с соотношением n(140Nd)/n(140Pr) также могут использоваться для введения комплексов 140Pr-фосфоната для выявления развития костных метастазов. После обнаружения костных метастазов может быть введен 153Sm-EDTMP в качестве радиотерапевтического агента для лечения рака костей (рис. IUPAC.59.1) [426] K. P. Zhernosekov. Radiochemical Aspects of Production and Processing of Radiometals for Preparation of Metalloradiopharmaceuticals, Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Department of Chemistry, Pharmacy and Earth Sciences (2017), Feb. 27; https://publications.ub.uni-mainz.de/theses/volltexte/2006/1043/pdf/1043.pdf.. Период полураспада 153Sm составляет 1,9 дня.
Празеодим образует главным образом трёхвалентные соединения, содержащие Pr³⁺, включая хлорид празеодима(III), PrCl₃, фторид празеодима(III), PrF₃, и оксид празеодима(III), Pr₂O₃. Важны смешанновалентная и тетравалентная оксидная химия: оксид празеодима(IV), PrO₂, и нестехиометрический оксид, часто записываемый как Pr₆O₁₁, являются полезными окисляющими и керамическими материалами. Соли празеодима обычно зелёные, а их полосы оптического поглощения узкие, поскольку 4f-электроны частично экранированы от окружения лигандов.
See more information at the Praseodymium compound page.
Пыль и стружка металлического празеодима могут гореть, и свежеразделённый материал следует рассматривать как пожароопасный. Растворимые соли празеодима обладают низкой или умеренной острой токсичностью по сравнению со многими тяжёлыми металлами, но они не являются нутриентами и их не следует вдыхать или проглатывать. Промышленные опасности главным образом связаны с воздействием пыли, обращением с реакционноспособным металлом, горячей обработкой и совместным воздействием кислот, фторидов или других химикатов, используемых при разделении и производстве сплавов.
Празеодим рассеян в земной коре вместе с другими лёгкими редкоземельными элементами и концентрируется геологическими процессами в фосфатных и карбонатных минералах. Обычно он малоподвижен в нейтральных почвах и водах, поскольку Pr³⁺ прочно адсорбируется на глинах, оксидах и органическом веществе или осаждается с фосфатом и карбонатом. Добыча и переработка могут приводить к высвобождению пыли и хвостов, содержащих редкоземельные элементы, но для празеодима не известна какая-либо специфическая биологическая роль.
Празеодим производится в рамках добычи и разделения редкоземельных элементов, а не из руд, добываемых исключительно ради Pr. Бастнезит, монацит и связанные концентраты подвергают химическому вскрытию, а методы экстракции растворителем или ионного обмена позволяют разделять близкие по свойствам лантаниды. Спрос тесно связан с высокоэффективными постоянными магнитами, где празеодим и неодим часто рассматриваются совместно как поток, богатый дидимием. Предложение ограничено мощностями разделения редкоземельных элементов, экологическими требованиями и необходимостью балансировать производство многих сопутствующих лантанидов. Рециклинг из магнитов и производственного лома технически возможен и приобретает все большее значение, но отделение от сложных изделий остается трудным.
Элемент встречается вместе с другими редкоземельными элементами в различных минералах. Монацит и бастнезит являются двумя основными коммерческими источниками редкоземельных металлов. В относительно чистом виде он был получен в 1931 году.
Празеодим значительно менее распространён в космосе, чем элементы железной группы, но является обычным продуктом нуклеосинтеза захвата нейтронов. Его стабильный изотоп, ¹⁴¹Pr, образуется по путям s-процесса и r-процесса в эволюционировавших звёздах и взрывных событиях. В планетарных материалах он следует за другими тугоплавкими литофильными редкоземельными элементами и обогащён в дифференцированных коровых породах по сравнению с первичными мантийными материалами.
- Природный празеодим по сути моноизотопен и состоит из стабильного ¹⁴¹Pr.
- Название происходит от греческих слов, означающих «зелёный близнец», что относится к цвету его солей и его отделению от didymr
- Pr₆O₁₁ часто называют оксидом празеодима, хотя это не простой одно-валентный оксид.
- Празеодим может заменять часть неодима во многих коммерческих магнитных композициях.
- Полосы поглощения Pr³⁺ могут придавать празеодимовому стеклу характерное жёлто-зелёное фильтрующее поведение.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 185 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 203 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 239 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 6770 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0208 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 930,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3519,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 12,5 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,193 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,2 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,13 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,962 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,4702 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 10,631037 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 21,623774 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 38,981134 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 57,530198 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3, +4, +5 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f3
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,07141006 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,078199 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,430585 eV
- Теплота атомизации
- 3,430585 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,699021 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 59 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 82 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 41 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Pr-141
- Год открытия
- 1885
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 9,2 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 6,4 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 367 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 21, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-10-0 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 4I°9/2
- InChI
- InChI=1S/Pr
- Ключ InChI
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Pr: 4f³ 6s²[Xe] 4f³ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f³ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 141 Стабильный | 140,9076576 ± 0,0000023 | 100,0000% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 905,9 °C ниже температуры плавления (930,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 59. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Pr I | 0 | 182 | 0 | 0 |
| Pr II | +1 | 548 | 172 | 356 |
| Pr III | +2 | 372 | 0 | 0 |
| Pr IV | +3 | 135 | 0 | 0 |
| Pr V | +4 | 12 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Pr I | 0 | 430 |
| Pr II | +1 | 201 |
| Pr III | +2 | 430 |
| Pr IV | +3 | 104 |
| Pr V | +4 | 9 |
| Pr VI | +5 | 2 |
| Pr VII | +6 | 2 |
| Pr VIII | +7 | 2 |
| Pr IX | +8 | 2 |
| Pr X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 99 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 112.6 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 117.9 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 85 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 96 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 141 Стабильный | 140,9076576 ± 0,0000023 | 100,0000% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 176 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 138 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 128 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 292 pm
- UFF
- 360,6 pm
- MM3
- 273 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 286 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 17
- Pettifor
- 31
- Glawe
- 30
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 4
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 216 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3760 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 20,79 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1204,15 K |
| Температура кипения | 3793,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,1694 |
| 2 | p | 4,2306 |
| 2 | s | 15,538 |
| 3 | d | 13,8476 |
| 3 | p | 19,1756 |
| 3 | s | 19,499 |
| 4 | d | 32,7028 |
| 4 | f | 37,8992 |
| 4 | p | 29,9432 |
| 4 | s | 28,6668 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (5)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 113 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 126,6 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 131,9 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VI | 99 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VIII | 110 | from r^3 vs V plots, |
Типы распада изотопов (58)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 121 | p | 100% |
| 122 | B+ | — |
| 122 | B+p | — |
| 123 | B+ | — |
| 123 | B+p | — |
| 124 | B+ | 100% |
| 124 | B+p | — |
| 125 | B+ | 100% |
| 125 | B+p | — |
| 126 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (508)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 1,26325 |
| 10,1617 | — | 1,25455 |
| 10,3261 | — | 1,24591 |
| 10,4931 | — | 1,23732 |
| 10,6628 | — | 1,22879 |
| 10,8353 | — | 1,22033 |
| 11,0106 | — | 1,21192 |
| 11,1886 | — | 1,20357 |
| 11,3696 | — | 1,19528 |
| 11,5535 | — | 1,18704 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
9.2 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Praseodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele059.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
6.4×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Praseodymium https://education.jlab.org/itselemental/ele059.html
Источники
Sources of this element.
The element occurs along with other rare-earth elements in a variety of minerals. Monazite and bastnasite are the two principal commercial sources of the rare-earth metals. It was prepared in relatively pure form in 1931.
Источники (1)
- [6] Praseodymium https://periodic.lanl.gov/59.shtml
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
Ion-exchange and solvent extraction techniques have led to much easier isolation of the rare earths and the cost has dropped greatly in the past few years. Praseodymium can be prepared by several methods, such as by calcium reduction of the anhydrous chloride of fluoride.
Источники (1)
- [6] Praseodymium https://periodic.lanl.gov/59.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Praseodymium.
The element property data was retrieved from publications.