镨
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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66 u,属于 140.907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 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
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)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]
- 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。 [21]一般来说,大多数的铈族稀土合金(镧到钐)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。[20]
- 镨和镍的合金 (PrNi5)有很强的磁冷却性,可以让科学家们达到 0.001 K的极低温。[22]
- 和镁一起用于制造飞机引擎的合金中;[23][24]
- 用于碳弧光照明的碳芯中,用于电影行业工作室和图像投影仪的照明;[22]
- 镨的氧化物用于为玻璃或珐琅添加黄色;[5][20]
- 镨的化合物也用作催化剂;.[25]
- 镨钕混合物可以用于制造电焊和玻璃制造使用的护目镜。[5]
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 | |
GHS提示词 | Danger |
H-术语 | H250 |
P-术语 | P222, P231, P422[26] |
NFPA 704 | |
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的嗜甲烷细菌,像是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
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外部連結
- 元素镨在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 镨(英文)
- 元素镨在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素镨在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 镨(英文)
- 关于镨金属的图像和更多详细信息(德文)