Празеодијум

Име је добио од грчких речи πρασιoς (prasios) и διδυμoς (didymos) које заједно имају значење „зелени близанац“.

Празеодијум

Општа својства
Име, симбол	празеодијум, Pr
Изглед	сивкасто бео
У периодном систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон – ↑ Pr ↓ Pa церијум ← празеодијум → неодијум ‍
Атомски број (Z)	59
Група, периода	група Н/Д, периода 6
Блок	f-блок
Категорија	лантаноид
Рел. ат. маса (Ar)	140,90766(2)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 21, 8, 2
Физичка својства
Агрегатно стање	чврсто
Тачка топљења	1208 K ​(935 °‍C, ​1715 °F)
Тачка кључања	3403 K ​(3130 °‍C, ​5666 °F)
Густина при с.т.	6,77 g/cm3
течно ст., на т.т.	6,50 g/cm3
Топлота фузије	6,89 kJ/mol
Топлота испаравања	331 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	27,20 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 1771 1973 (2227) P (Pa) 103 104 105 на T (K) (2571) (3054) (3779)
Атомска својства
Електронегативност	1,13
Енергије јонизације	1: 527 kJ/mol 2: 1020 kJ/mol 3: 2086 kJ/mol
Атомски радијус	182 pm
Ковалентни радијус	203±7 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​дупла збијена хексагонална (dHCP)
Брзина звука танак штап	2280 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење	α, поли: 6,7 µm/(m·K) (на с.т.)
Топл. водљивост	12,5 W/(m·K)
Електрична отпорност	α, поли: 0,700 µΩ·m (на с.т.)
Магнетни распоред	парамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)	+5010,0·10−6 cm3/mol(293 K)
Јангов модул	α form: 37,3 GPa
Модул смицања	α form: 14,8 GPa
Модул стишљивости	α form: 28,8 GPa
Поасонов коефицијент	α form: 0,281
Викерсова тврдоћа	250–745 MPa
Бринелова тврдоћа	250–640 MPa
CAS број	7440-10-0
Историја
Откриће	Карл Ауер (1885)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР 141Pr 100% стабилни 142Pr syn 19,12 h β− 142Nd ε 142Ce 143Pr syn 13,57 d β− 143Nd
референце • Википодаци

Празеодијум је заступљен у Земљиној кори у количини од 9,5 ppm (енгл. parts per million). Најважнији минерали празеодијума су: монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO₄ и (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO₃F

 

Године 1751. шведски минералог Аксел Кронстедт открио је један тешки минерал у руднику код Бастнаса, касније назван церит. Тридесет година касније, петнаестогодишњи дечак Вилхелм Хисингер, чија породица је била власник рудника, послао је узорак тог минерала хемичару Карлу Вилхелму Шелу, који није пронашао ни један нови елемент у том минералу. Године 1803. након што је Хисигер одрастао и постао металург, вратио је минерал Берцелијусу који је из њега изоловао нови оксид, давши му назив церија, према патуљастој планети Церери, откривеној две године раније. Ретку земљу церију истовремено и независно од њега изоловао је и Мартин Хајнрих Клапрот у Немачкој. Између 1839. и 1843. шведски хирург и хемичар Карл Густаф Мосандер доказао је да је церија смеша одређених оксида. Он је раздвојио још два оксида из ње, те их назвао лантана и дидима.

Пер Теодор Клив је 1874. приметио да се код дидима ради заправо о два елемента. Из дидима, који је добио из минерала самарскита, Лекок де Буабодран је 1879. издвојио елемент самаријум. Године 1885. Карлу Ауеру је успело да раздвоји дидим на елементе празеодијум и неодијум, који граде соли различитих боја.

 

Физичке особине

Празеодијум је дуктилни метал чија се тврдоћа може упоредити са сребром. Његових 59 електрона је организовано у конфигурацију [Xe]4f³6s². Теоретски, свих пет спољашњих електрона би се могло понашати као валентни електрони, међутим да би свих пет били валентни потребни су екстремни услови. Обично, празеодијум даје до три, а ретко четири електрона у својим једињењима. Он је први међу лантаноидима са електронском конфигурацијом која одговара Aufbau принципу, који предвиђа да 4f орбитале имају ниже енергетске нивое од 5d орбитала. Ова појава се јавља код лантана и церијума, јер се нагла контракција 4f орбитала не јавља се све до након лантана, а код церијума није довољно снажна да би спречила заузимање 5d подљуске. Ипак, празеодијум у чврстом стању има конфигурацију [Xe]4f²5d¹6s², са једним електроном у 5d подљусци као и сви остали тровалентни лантаноиди (сви осим европијума и итербијума, који су двовалентни у металном стању).

Празеодијум је меки, сребрено-сјајни парамагнетични метал, који спада у лантаноиде и метале ретких земаља. Изложен ваздуху, нешто више је отпоран на оксидацију (корозију) од европијума, лантана или церијума, али се прекрива бледо зеленим слојем оксида који се љушти. При температури од 798°C прелази из хексагоналне структуре α-Pr у кубну просторно-центрирану β-Pr структуру.

Хемијске особине

При високим температурама, празеодијум гори дајући сесквиоксид Pr₂O₃. Са водом реагује градећи празеодијум хидроксид (Pr(OH)₃) истискајући из ње водоник. У својим једињењима, он се налази у тро- и четворовалентном стању, при чему се тровалентни оксидациони број јавља много чешће. Јони Pr(III) су зелено-жути, док су јони Pr(IV) без боје. Под посебним редуктивним условима може се добити и двовалентни празеодијум нпр. у празеодијум(II,III) јодиду (Pr₂I₅).

Метал празеодијум полако потамни на ваздуху, формирајући љускави оксидни слој попут гвоздене рђе; узорак празеодијума величине једног центиметра потпуно кородира за око годину дана. Он лако сагорева на 150  °C формирајући празеодијум(III,IV) оксид, нестехиометријско једињење приближне композиције Pr₆O₁₁:

12 Pr + 11 O₂ → 2 Pr₆O₁₁

Оно се може редуковати до празеодијум(III) оксида (Pr₂O₃) помоћу водоничног гаса. Тамно обојени празеодијум(IV) оксид, PrO₂, представља у највећој мери оксидовани продукат сагоревања празеодијума и настаје једино реакцијом празеодијума са чистим кисеоником на 400  °C и 282 bar. Реактивност празеодијума је у складу са периодним трендовима, јер је један од првих и стога један од највећих лантанида. На 1000  °C, многи празеодијумски оксиди са композицијом PrO_2−x постоје као неуређене, нестехиометријске фазе са 0 < x < 0.25, али при 400–700  °C оксидни дефекти постају уређени, креирајући фазе са хемијском формулом Pr_nO_2n−2 са n = 4, 7, 9, 10, 11, 12, и ∞. Ове фазе PrO_y се понекад обележавају α и β′ (нестехиометријске), β (y = 1.833), δ (1.818), ε (1.8), ζ (1.778), ι (1.714), θ, и σ.

Изотопи

Празеодијум у природи се састоји само из једног стабилног изотопа ¹⁴¹Pr. Осим њега, познато је још 38 других радиоактивних изотопа, при чему су изотопи ¹⁴³Pr и ¹⁴²Pr са временима полураспада од 13,57 дана и 19,12 сати, респективно, најдуже живући. Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од 6 сати, а већина од њих чак и мање од 33 секунде. Такође постоји шест нуклеарних изомера од којих су најстабилнији ^138mPr (t_½ 2,12 сати), ^142mPr (t_½ 14,6 минута) и ^134mPr (t_½ 11 минута).

Изотопи се крећу у погледу атомских маса између 120,955 (¹²¹Pr) и 158,955 (¹⁵⁹Pr).

Празеодијум се у природном облику јавља само у својим једињењима, најчешће заједно са другим лантаноидима, односно минералима:

• церитом
• монацитом ((Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO₄)
• бастнеситом (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO₃F и
• мишметалом, који садржи од 3 до 5% празеодијума.

Његова количина у земљишту креће се између 1 и 15 ppm (енг. part per million) односно од 0,0001% до 0,0015%. Његов удео у морској води износи 1 ppt (енг. part per trillion) односно 1 • 10^-10%. Празеодијума у атмосфери готово да и нема. Светске резерве празеодијума се процењују на око 4 милиона тона.

Као и код свих других лантаноида, прво се руда обогаћује флотацијом, затим се метали преводе у одговарајуће халогениде, те се затим раздвајају разним техникама као што су фракциона кристализација, јонско-измењивачка техника или екстракција.

Метални празеодијум се добија електролизом растворени соли или редукцијом са калцијумом.

${\displaystyle \mathrm {2\ PrF_{3}\ +\ 3\ Ca\ \longrightarrow \ 2\ Pr\ +\ 3\ CaF_{2}} }$ 

Празеодијум се користи у легурама са магнезијумом за производњу врло чврстих материјала за авионске моторе. Легуре са кобалтом и жељезом су врло снажни стални магнети. Једињења празеодијума се користе у индустрији стакла и емајла за њихово бојење (на пример код зелено обојених рефлекторских стакала за осветљавање). Његова једињења такође побољшавају апсорпцију ултраљубичастог зрачења, што се користи за израду заштитних стакала за очи при заваривању.

Оксиди

• зелени празеодијум(III) оксид (Pr₂O₃)
• смеђе-црни празеодијум(III,IV) оксид (Pr₆O₁₁)
• готово црни празеодијум(IV) оксид (PrO₂)

Халогениди

Познат је већи број халогенида разних оксидацијских стања, на пример празеодијум(III) флуорид (PrF₃), празеодијум(IV) флуорид (PrF₄), празеодијум(III) хлорид (PrCl₃), празеодијум(III) бромид (PrBr₃), празеодијум(III) јодид (PrI₃), празеодијум(II,III) јодид (Pr₂I₅) и други. Тровалентни халогениди граде различите хидрате.

Осим тога, постоје и многи флуоридни комплекси као што је K₂[PrF₆] где је Pr четворовалентан.

Друга једињења

Бинарна једињења празеодијума су нпр. празеодијум(III) сулфид (Pr₂S₃), празеодијум нитрид (PrN) и празеодијум фосфид (PrP).

Поред тога, празеодијум је присутан и у разним солима, као што је хигроскопни празеодијум(III) нитрат (Pr(NO₃)₃ · x H₂O), те лепо кристалисани празеодијум(III) сулфат (Pr₂(SO₄)₃ · 8 H₂O).

•  
  Празеодијум(III) сулфат октахидрат
•  
  Празеодијум(III) хлорид хептахидрат