镨

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镨 59Pr
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
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–
↑
镨
↓
镤
铈 ← 镨 → 钕
外觀
银白色、黄绿光泽
概況
名稱·符號·序數镨（praseodymium）·Pr·59
元素類別镧系元素
族·週期·區不適用·6·f
標準原子質量140.90766(2)
电子排布[Xe] 4f3 6s2
2, 8, 18, 21, 8, 2
镨的电子層（2, 8, 18, 21, 8, 2）
镨的电子層（2, 8, 18, 21, 8, 2）
歷史
發現卡尔·奥尔·冯·威尔士巴赫（1885年）
物理性質
物態固体
密度（接近室温）
6.77 g·cm−3
熔点時液體密度6.50 g·cm−3
熔点1208 K，935 °C，1715 °F
沸點3403 K，3130 °C，5666 °F
熔化热6.89 kJ·mol−1
汽化热331 kJ·mol−1
比熱容27.20 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1771 1973 (2227) (2571) (3054) (3779)
原子性質
氧化态0,[1] +1,[2] +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
镨的原子谱线
雜項
晶体结构六方
磁序顺磁性
电阻率α, poly: 0.700 µΩ·m
熱導率12.5 W·m−1·K−1
热膨胀系数α, poly: 6.7 µm/(m·K)
聲速（細棒）（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
維氏硬度250–745 MPa
布氏硬度250–640 MPa
CAS号7440-10-0
同位素
主条目：镨的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
141Pr 100% 穩定，帶82粒中子
142Pr syn 19.12 h β− 2.162 142Nd
ε 0.745 142Ce
143Pr syn 13.57 d β− 0.934 143Nd

鐠（拼音：pǔ，注音：ㄆㄨˇ，粤拼：pou2；英語：Praseodymium），是一種化學元素，其化學符號为Pr，原子序數为59，原子量為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镧、铈、钕和铕都要强，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氬玻璃管中保存。

物理性质

镨是第三种镧系元素。在元素周期表里，它位于铈的右边、钕的左边、锕系元素镤的上面。它是一种延展性高的金属，硬度可和银比较。[5] 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。[6]

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。[7]

镨和其它镧系元素（除了没有不成对 4f 电子的镧、镱和镥）一样，在室温下是顺磁性的。[8] 不像其它镧系元素，会在低温下变成反铁磁性或铁磁性，镨在1K 以上都是顺磁性的。[4]

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。[9] 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：[10]

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) 。[11] 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[11] 或 Pr6O11 在沸腾的醋酸下歧化而成。[12][13]

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：[10]

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：[10]

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，可以由氟化钠和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。[14] 镨也会形成青铜色的二碘化物。类似镧、铈和钆的二碘化物，它是一种含有镨(III) 的电子盐。[14]

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：[10][15]

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，[16] 因为 Pr4+/Pr3+ 的标准电极电势是 +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。[6] 不过，在高度碱性环境下， Pr4+ 离子可以由臭氧的氧化而成。[17]

同位素

主条目：镨的同位素

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。[18]这种同位素可以通过S-过程 和R-过程而成。[19] 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（例如混合稀土金属和铁铈合金（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：[20]

历史

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

1841年, 发现镧的瑞典化学家卡尔·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钐，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。两种元素的金属盐的颜色不同。

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

镨
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[26]
NFPA 704
4
0
4
 
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

早期镧系元素对于生活在火山泥巴池（英语：mudpot）的嗜甲烷（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。[27] 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钍和铀杂质。[20]

参考资料

  1. ^ Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides. Chem. Soc. Rev. 1993, 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.  and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke. Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation. Journal of Organometallic Chemistry. 2003-12-15, 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028. 
  2. ^ Chen, Xin; et al. Lanthanides with Unusually Low Oxidation States in the PrB3– and PrB4– Boride Clusters. Inorganic Chemistry. 2019-12-13, 58 (1): 411–418. PMID 30543295. doi:10.1021/acs.inorgchem.8b02572. 
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  21. ^ Rare Earth Elements 101 互联网档案馆的存檔，存档日期2013-11-22., IAMGOLD Corporation, April 2012, pp. 5, 7.
  22. ^ 22.0 22.1 Emsley, pp. 423–5
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外部連結

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