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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銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
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–
↑
镨
↓
镤
铈 ← 镨 → 钕
外觀
银白色
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。鐠是一種柔軟、富延展性的銀白色金屬，暴露在空氣中時表面會慢慢形成綠色的疏鬆氧化層。

镨在自然界中總是與其他稀土金屬一同存在。它是第六豐富的稀土元素和第四豐富的鑭系元素，約佔地殼的9.1ppm，豐度與硼相當。

如同大多數稀土元素，镨最尋常的氧化態為+3，這是鐠離子在水溶液中唯一穩定的價態，而+4態的鐠在某些固體化合物中已被發現，至於在鑭系元素中獨一無二的+5態僅在間質隔離（英语：Matrix isolation）條件下被觀察到過。至於0、+1和+2態的鐠則很少見。含Pr3+離子的水溶液呈黃綠色，將Pr3+摻入玻璃中也會產生深淺不一的黃綠色。镨的一些工業用途便是利用其過濾光源發出的黃光的能力。

性质

镨是一种银白色的、中等柔软的镧系金属元素，在空气中抗腐蚀能力比镧、铈、钕和铕都要强，但暴露在空气中表面会产生一层易碎的绿色氧化物，所以纯镨必须保存在矿物油或充氬玻璃管中。

物理性质

镨是第三個镧系元素。在元素周期表中，它位于铈的右边、钕的左边、锕系元素镤的上方。它是一种延展性高的金属，硬度和银相當。[5]其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]

如同其它三价的輕镧系元素，镨在常温下是六方最密堆积结构的。在560 °C时，镨的晶體結構会轉变成面心立方。在接近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

鐠為較活潑的金屬。金属镨在空气中會慢慢失去光泽，形成會像铁锈一样剝落（英语：Spallation）的綠色氧化层。一立方公分大小的金属镨样品會在大约一年内完全腐蚀。[9] 镨在150 °C时很容易燃烧，形成非整比的棕黑色氧化物十一氧化六镨，其中鐠和氧的比例近似Pr6O11，當中有4個鐠原子為+4價，2個鐠原子為+3價：[10]

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11

十一氧化六鐠是室溫下鐠最穩定的氧化物，这种化合物可以被氢气还原成淡綠色的+3價氧化物三氧化二镨（Pr2O3）。[11]至於镨的+4价氧化物，黑色的二氧化镨（PrO2），是由镨在400 °C和282 bar下於纯氧中燃烧[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)

金属镨能和所有卤素反应，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的混合物和氟气反应生成Na2PrF6，之后再用液態氟化氢從反應混合物中去除氟化钠，即可得到四氟化镨。[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，它是一种鐠（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)

含有鐠（IV）的化合物溶于水不会形成黄色的Pr4+离子，[16]由於Pr4+對Pr3+的标准电极电势是+3.2 V，造成Pr4+離子的氧化性極強，在水中不稳定，会氧化水并产生Pr3+離子。而Pr3+對鐠原子的标准电极电势是 −2.35 V。[6]不过，在強碱性环境下，Pr4+离子可以由臭氧氧化而生成。[17]

儘管目前體態的鐠（V）尚屬未知，但2016年有研究發現在惰性氣體間質隔離（英语：Matrix isolation）條件下存在+5氧化態的鐠，具有前述惰性氣體氙的穩定電子組態。在該實驗中所發現具有+5態鐠的分子包括[PrO2]+、其和氧氣（O2）及氬氣（Ar）的加成物，以及PrO2(η2-O2)。[18]

同位素

主条目：镨的同位素

自然界中的镨只由一种稳定同位素組成，即141Pr，因此鐠屬於單一同位素元素。141Pr有82个中子，而82是一个幻数，会使該同位素的原子核有特別的稳定性。[19]141Pr可以通过恆星的S-过程和R-过程生成。[20]

除了天然的141Pr外，镨还有38种人工合成的放射性同位素，其中壽命較長的有143Pr（半衰期为13.57天）和142Pr（半衰期为19.12小时）。 其他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，其中比较稳定的是138mPr（t½ 2.12小时）、142mPr（t½ 14.6分鐘）和134mPr（t½ 11分鐘）。143Pr和141Pr都是鈾的裂變產物。比141Pr輕的鐠同位素主要發生正電子發射或電子俘獲衰變成鈰的同位素，而較重的同位素主要發生β衰變形成釹的同位素。[19]

历史

卡尔·奥尔·冯·威尔斯巴赫（英语：Carl Auer von Welsbach） (1858–1929) 在1885年发现了镨

1751年，瑞典矿物学家阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特在巴斯特纳斯的矿山中发现了一种重矿物，后来命名为铈硅石。三十年后，15岁的威廉·希辛格来自拥有这种矿石的家族，将它的样本发送给卡尔·威廉·舍勒，但舍勒没有在其中发现任何新元素。1803年，在希辛格成为一名铁匠后，他与永斯·贝采利乌斯一起回到矿物中并分离出一种新的氧化物（两年前发现的二氧化铈），他们将其命名为ceria，以矮行星谷神星命名。[21] 马丁·克拉普罗特在德国同时独立地分离了二氧化铈。[22]1839年至1843年间，瑞典外科医生兼化学家卡尔·古斯塔夫·莫桑德（英语：Carl Gustaf Mosander）与贝采利乌斯证明ceria是多种氧化物的混合物。他分离出另外两种氧化物，将其命名为lanthana和didymia。[23][24][25]他通过在空气中焙烧来部分分解硝酸铈样品，然后用稀硝酸处理生成的氧化物。形成这些氧化物的金属因此被命名为lanthanum（镧）和didymium。[26]虽然镧被证明是一种纯元素，但didymium不是，而是所有稳定的早期镧系元素（从镨到铕）的混合物。这正如马克·德拉方丹在光谱分析后所怀疑的那样，尽管他没有时间将其分离为组成元素。钐和铕仅在1879年被保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰移除，直到1885年卡尔·奥尔·冯·威尔斯巴赫（英语：Carl Auer von Welsbach）才将didymium分离成镨和钕。[27]由于钕在didymium中的比例比镨更大，因此它保留了旧名称并消除了歧义，而镨以其盐的韭葱绿色来区分（希腊语 πρασιος，意为韭菜绿）。[28]早在1882年，博胡斯拉夫·布劳纳（英语：Bohuslav Brauner）就已经提出了didymium的复合性质，但没有通过实验进行分离。[29]

存在和生產

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。

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：[30]

生物作用和注意事项

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[36]
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。[37] 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。[30]

参考资料

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    • (Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," （页面存档备份，存于互联网档案馆） Philosophical Magazine, new series, 14 : 390–391.
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  28. ^ 引用错误：没有为名为Greenwood1229的参考文献提供内容
  29. ^ Fontani, Marco; Costa, Mariagrazia; Orna, Virginia. The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. 2014: 40 [2021-10-07]. ISBN 978-0-19-938334-4. （原始内容存档于2021-10-16）. 
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外部連結

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