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镨   59Pr
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外观
银白色、黄绿光泽
概况
名称·符号·序数镨(praseodymium)·Pr·59
元素类别镧系元素
·周期·不适用 ·6·f
标准原子质量140.90766(2)
电子排布[Xe] 4f3 6s2
2, 8, 18, 21, 8, 2
镨的电子层(2, 8, 18, 21, 8, 2)
历史
发现卡尔·奥尔·冯·威尔士巴赫(1885年)
物理性质
物态固体
密度(接近室温
6.77 g·cm−3
熔点时液体密度6.50 g·cm−3
熔点1208 K,935 °C,1715 °F
沸点3403 K,3130 °C,5666 °F
熔化热6.89 kJ·mol−1
汽化热331 kJ·mol−1
比热容27.20 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1771 1973 (2227) (2571) (3054) (3779)
原子性质
氧化态0, +1, +2, +3, +4, +5
(中等碱性的氧化物)
电负性1.13(鲍林标度)
电离能第一:527 kJ·mol−1

第二:1020 kJ·mol−1

第三:2086 kJ·mol−1
原子半径182 pm
共价半径203±7 pm
杂项
晶体结构六方
磁序顺磁性
电阻率α, poly: 0.700 µΩ·m
热导率12.5 W·m−1·K−1
热膨胀系数α, poly: 6.7 µm/(m·K)
声速(细棒)(20 °C)2280 m·s−1
杨氏模量α form: 37.3 GPa
剪切模量α form: 14.8 GPa
体积模量α form: 28.8 GPa
泊松比α form: 0.281
维氏硬度250–745 MPa
布氏硬度250–640 MPa
CAS号7440-10-0
最稳定同位素
主条目:镨的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
141Pr 100% 稳定,带82个中子
142Pr syn 19.12 h β 2.162 142Nd
ε 0.745 142Ce
143Pr syn 13.57 d β 0.934 143Nd

拼音注音ㄆㄨˇ粤拼pou2;英语:Praseodymium),是一种化学元素,其化学符号Pr原子序数为59,原子量140.90766 u,属于镧系元素,也是稀土元素之一。

性质

镨是一种银白色的,中等柔软的金属元素,是镧系元素,在空气中抗腐蚀能力比都要强,但暴露在空气中会产生一层易碎的绿色氧化物,所以纯镨必须在矿物油或充玻璃管中保存。

物理性质

镨是第三种镧系元素。在元素周期表里,它位于的右边、的左边、锕系元素的上面。它是一种延展性高的金属,硬度可和比较。 它的 59 个电子的电子排布为 [Xe]4f36s2。理论上,外面五个电子都可以作为价电子,但是只有在极端情况下镨才会使用这五个价电子。正常情况下,镨化合物中镨只会使用三个(有时是四个)价电子。

类似其它三价的早期镧系元素,镨在常温下是六方最密堆积结构的。在 560 °C时,镨会变成面心立方晶系的。在 935 °C 的熔点前,镨还会短暂形成体心立方晶系

镨和其它镧系元素(除了没有不成对 4f 电子的镧、镱和)一样,在室温下是顺磁性的。 不像其它镧系元素,会在低温下变成反铁磁性铁磁性,镨在1K 以上都是顺磁性的。

化学性质

金属镨在空气中慢慢失去光泽,形成像铁锈一样散裂英语Spallation的氧化层。一个厘米大小的金属镨样品在大约一年内完全腐蚀。 镨在 150 °C 时准备燃烧,形成十一氧化六镨,一种非整比化合物,比例近似 Pr6O11

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11

这种化合物可以被氢气还原成三氧化二镨 (Pr2O3) 。 二氧化镨,化学式 PrO2,是镨的最高价氧化物,由镨在 400 °C 和 282 bar 的纯氧燃烧 或 Pr6O11 在沸腾的醋酸下歧化而成。

镨的电正性很大,和冷水反应较慢,但和热水反应迅速,形成氢氧化镨:

2 Pr (s) + 6 H2O (l) → 2 Pr(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

金属镨和所有卤素反应,形成三卤化物:

2 Pr (s) + 3 F2 (g) → 2 PrF3 (s) (绿色)
2 Pr (s) + 3 Cl2 (g) → 2 PrCl3 (s) (绿色)
2 Pr (s) + 3 Br2 (g) → 2 PrBr3 (s) (绿色)
2 Pr (s) + 3 I2 (g) → 2 PrI3 (s)

四氟化镨 PrF4是已知的,可以由氟化钠三氟化镨和氟气反应,形成 Na2PrF6。之后,再用液体氟化氢去除氟化钠,形成四氟化镨。 镨也会形成青铜色的二碘化物。类似镧、铈和的二碘化物,它是一种含有镨(III) 的电子盐

镨和稀硫酸反应,形成含有黄绿色英语chartreuse (color) Pr3+ 离子的 [Pr(H2O)9]3+ 配合物:

2 Pr (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Pr3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3 H2 (g)

含镨(IV) 的化合物溶于水不会形成黄色的 Pr4+离子, 因为 Pr4+/Pr3+标准电极电势是 +3.2 V,在水中不稳定,会氧化水并产生 Pr3+。 Pr3+/Pr 的标准电极电势是 −2.35 V。 不过,在高度碱性环境下, Pr4+ 离子可以由臭氧的氧化而成。

同位素

自然界中镨只有一种稳定同位素,141Pr。这种同位素有 82 个中子,而82是一个幻数,会使这个同位素有额外的稳定性。这种同位素可以通过S-过程R-过程而成。 镨还有38种放射性同位素,其中比较稳定的有143Pr,半衰期为13.57 天; 142Pr,半衰期为19.12小时。 其他的放射性同位素的半衰期都超不过5.985 小时,大部分的半衰期少于33秒。镨还有6个亚稳态,比较稳定的是138mPr (t½ 2.12 小时), 142mPr (t½ 14.6 分) 和134mPr (t½ 11 分)。

应用

由于镧系元素非常相似,镨可以替代大多数其他镧系元素而不会显着丧失功能,而且实际上许多应用(例如混合稀土金属英语Mischmetal铁铈合金英语Ferrocerium)涉及多种镧系元素的可变混合物,其中包括少量的镨。以下的应用是镨的主要用处:

  • 镨可以和另一种稀土元素——钕混合,制造以强度和耐用性着称的高功率磁铁。 一般来说,大多数的铈族稀土合金()与第一过渡系的过渡金属的合金可提供极其稳定的磁体,通常用于小型设备,如电机、 打印机、手表、耳机、扬声器和磁储存。
  • 镨和的合金 (PrNi5)有很强的磁冷却性英语Magnetic refrigeration#The magnetocaloric effect,可以让科学家们达到 0.001 K的极低温。
  • 一起用于制造飞机引擎的合金中;
  • 用于碳弧光照明的碳芯中,用于电影行业工作室图像投影仪英语projector的照明;
  • 镨的氧化物用于为玻璃或珐琅添加黄色;
  • 镨的化合物也用作催化剂;.
  • 镨钕混合物可以用于制造电焊和玻璃制造使用的护目镜。

历史

镨的名称 Praseodymium 来源于希腊语词prasios(绿色)和didymos(成对的)。

1841年, 发现瑞典化学家卡尔·古斯塔夫·莫散德从含镧的矿物中分离出一种稀有的didymium土, 1874年, 瑞典地质学家波·提奥多·克莱夫证实了didymium土实际是两种元素的混合物。1879年, 勒考·德·布瓦包得兰从铌钇矿(samarskite) 中取得的didymium 土中分离出一种新元素,因此取名Samarium。 直到1885年, 奥地利 化学家 C·F·奥尔·冯·韦耳斯拔男爵才成功地将didymium土分离为镨和钕。两种元素的金属颜色不同。

自然界存在状态

镨在自然界中存在于独居石和氟碳铈矿中,可以用离子交换法提取,在混合稀土金属中,大约有5%的镨。

化合物

镨的化合物包括:

生物用途和注意事项

危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中易燃物的标签图案
GHS提示词 Danger
H-术语 H250
P-术语 P222, P231, P422
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
0
4
 
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

早期镧系元素对于生活在火山泥巴池英语mudpot嗜甲烷英语methanotrophic细菌,像是Methylacidiphilum fumariolicum英语Methylacidiphilum fumariolicum是必要的。镧、铈、镨和钕的用处都是等效的。 镨在其它生物中没有用处,但毒性也不是很高。将稀土静脉注射到动物体内会损害肝功能,但人类吸入稀土氧化物的主要副作用来自放射性的杂质。

外部链接


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