Prazeodímium

59 cérium ← prazeodímium → neodímium

-
↑
Pr
↓
Pa Általános Név, vegyjel, rendszám prazeodímium, Pr, 59 Latin megnevezés praseodymium Elemi sorozat lantanoidák Csoport, periódus, mező ?, 6, f Megjelenés ezüstfehér
Atomtömeg 140,90766(1) g/mol^[1] Elektronszerkezet [Xe] 4f3 6s2 Elektronok héjanként 2, 8, 18, 21, 8, 2 Fizikai tulajdonságok Halmazállapot szilárd Sűrűség (szobahőm.) 6,77 g/cm³ Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 6,50 g/cm3 Olvadáspont 1208 K
(935 °C, 1715 °F) Forráspont 3793 K
(3520 °C, 6368 °F) Olvadáshő ${\displaystyle \Delta _{fus}{H}^{\ominus }}${\displaystyle \Delta _{fus}{H}^{\ominus }} 6,89 kJ/mol Párolgáshő ${\displaystyle \Delta _{vap}{H}^{\ominus }}${\displaystyle \Delta _{vap}{H}^{\ominus }} 331 kJ/mol Moláris hőkapacitás (25 °C) 27,20 J/(mol·K) Gőznyomás Atomi tulajdonságok Kristályszerkezet hexagonális Oxidációs szám 4, 3, 2
(enyhén bázikus oxid) Elektronegativitás 1,13 (Pauling-skála) Ionizációs energia 1.: 527 kJ/mol 2.: 1020 kJ/mol 3.: 2086 kJ/mol Atomsugár 182 pm Atomsugár (számított) 247 pm Egyebek Mágnesség paramágneses^[2] Elektromos ellenállás (sz.h.) (α-módosulat)
0,700 μΩ·m Hővezetési tényező (300 K) 12,5W/(m·K) Hőtágulási tényező (sz.h.) (α-módosulat)
6,7 μm/(m·K) Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 2280 m/s Young-modulus (α-módosulat) 37,3 GPa Nyírási modulus (α-módosulat) 14,8 GPa Kompressziós modulus (α-módosulat) 28,8 GPa Poisson-tényező (α-módosulat) 0,281 Vickers-keménység 400 MPa Brinell-keménység 481 HB CAS-szám 7440-10-0 Fontosabb izotópok

Fő cikk: A prazeodímium izotópjai

izotóp	természetes előfordulás	felezési idő	bomlás
			mód	energia (MeV)	termék
141Pr	100%	Pr stabil 82 neutronnal
142Pr	mest.	19,12 óra	β−	2,162	142Nd
			ε	0,745	142Ce
143Pr	mest.	13,57 nap	β−	0,934	143Nd

Hivatkozások

A prazeodímium a lantanoidák közé tartozó fém, az 59-es rendszámú kémiai elem. Vegyjele Pr.

A prazeodímium lágy, ezüst színű, nyújtható, képlékeny fém. A levegőn a korróziónak valamivel jobban ellenáll, mint az európium, lantán, cérium vagy neodímium, de felületén zöld színű oxidréteg képződik, amely levegő hatására lepattogzik, így a fém többi része is oxidálódhat – egy centiméteres nagyságú prazeodímium minta egy éven belül teljesen oxidálódik.^[3] A prazeodímiumot emiatt könnyű ásványi olaj alatt vagy leforrasztott üvegedényben tárolják.

Más ritkaföldfémekkel szemben, melyek alacsony hőmérsékleten antiferromágneses és/vagy ferromágneses rendeződést mutatnak, a prazeodímium 1 K hőmérséklet felett paramágneses.^[2]

A prazeodímiumfém levegőn lassan elveszti a fényét, és 150 °C feletti hőmérsékleten prazeodímium(III,IV)-oxid keletkezése közben könnyen elég:

12 Pr + 11 O₂ → 2 Pr₆O₁₁

A prazeodímium eléggé elektropozitív elem, hideg vízzel lassan, forró vízzel gyorsan reagál, miközben prazeodímium-hidroxid keletkezik:

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

A prazeodímium fém reagál a halogénekkel:

2 Pr (s) + 3 F₂ (g) → 2 PrF₃ (s) [zöld]

2 Pr (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 PrCl₃ (s) [zöld]

2 Pr (s) + 3 Br₂ (g) → 2 PrBr₃ (s) [zöld]

2 Pr (s) + 3 I₂ (g) → 2 PrI₃ (s)

A prazeodímium híg kénsavban könnyen oldódik Pr(III) iont tartalmazó oldat képződése közben, mely [Pr(OH₂)₉]³⁺ komplex formájában létezik:^[4]

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

A prazeodímium vegyületeiben +2, +3 és +4-es oxidációs számban fordul elő. A prazeodímium(IV) erős oxidálószer, a vizet azonnal elemi oxigénné (O₂), a sósavat elemi klórrá oxidálja, így vizes oldatban csak +3-as oxidációs állapotban fordul elő. A prazeodímium(III) sói sárgászöldek, oldatuk látható fényben egyszerű abszorpciós spektrummal rendelkezik: van egy sávja a sárga-narancssárga 589-590 nm hullámhossznál (ez egybeesik a nátrium jellemző emissziós vonalával), és három sáv található a kék/ibolya tartományban, körülbelül 444, 468, and 482 nm-nél. Az értékek az elleniontól függően valamelyest változhatnak. A sók – például oxalátok vagy karbonátok – levegőn történő hevítésével nyert prazeodímium-oxid alapvetően fekete színű (kis barna vagy zöld árnyalattal), és – az előállítás körülményeitől függően – némileg változó arányban tartalmaz +3 és +4-es oxidációs állapotú prazeodímiumot. Képletét szokásosan Pr₆O₁₁ formában adják meg.

A további prazeodímium-vegyületek közé tartoznak:

• Fluoridok: PrF₂, PrF₃, PrF₄
• Klorid: PrCl₃
• Bromidok: PrBr₃, Pr₂Br₅
• Jodidok: PrI₂, PrI₃, Pr₂I₅
• Oxidok: PrO₂, Pr₂O₃, Pr₆O₁₁
• Szulfidok: PrS, Pr₂S₃
• Szulfát: Pr₂(SO₄)₃
• Szelenid: PrSe
• Telluridok: PrTe, Pr₂Te₃
• Nitrid: PrN

A természetben előforduló prazeodímium egy stabil izotópból, ¹⁴¹Pr-ból áll. Harmincnyolc radioaktív izotópját írták le, ezek közül a legstabilabb a ¹⁴³Pr 13,57 nap felezési idővel, valamint a ¹⁴²Pr, 19,12 órával. A többi radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb mint 5,985 óra, a többségnek azonban 33 másodpercnél is kevesebb. Hat metastabil állapot ismert, a legstabilabbak a ^138mPr (t_1⁄2 2,12 óra), a ^142mPr (t_1⁄2 14,6 perc) és a ^134mPr (t_1⁄2 11 perc).

A prazeodímium izotópjainak atomtömege 120,955 u (¹²¹Pr) és 158,955 u (¹⁵⁹Pr) közé esik. A stabil – ¹⁴¹Pr – izotópnál könnyebbek elsősorban elektronbefogással, a nehezebbek negatív béta-bomlással alakulnak át. A ¹⁴¹Pr-nél könnyebb izotópok fő bomlásterméke az 58-as rendszámú elem, a cérium izotópjai, míg a nehezebb izotópok elsődleges bomlástermékei a 60-as rendszámú neodímium izotópok.

A prazeodímium név a görög prasios (πράσιος), zöld, és didymos (δίδυμος), ikrek szóból ered.

1841-ben Mosander a lantán(IIII)-oxidból kivonta a didimium ritkaföldfémet. 1874-ben Per Teodor Cleve megállapította, hogy a didimium valójában két elem, és 1879-ben Lecoq de Boisbaudran elkülönítette az új földet – a szamáriumot – a szamarszkit ásványból nyert didimiumból. 1885-ben az osztrák kémiukus báró Carl Auer von Welsbach a didimiumot szétválasztotta két elemmé: prazeodímiummá és neodímiummá, melyek különböző színű sókat képeztek.

Leo Moser (Ludwig Moser, a mostani Karlovy Vary-ban, Csehország Bohemia tartományában található Moser üvegművek alapítójának fia, nem keverendő össze Leo Moser matematikussal) az 1920-as években vizsgálta meg a prazeodímium felhasználását az üvegek színezésében. Az eredmény egy sárgászöld üveg volt, mely a „Prasemit" nevet kapta. Hasonló színt azonban a prazeodímium 1920-as évek végi árának töredékéért is elő lehetett állítani, így ez az árnyalat nem vált kedveltté, kevés darabot készítettek belőle, ezekből ma már alig található egy-egy példány. Moser a prazeodímiumot neodímiummal is keverte, így készült a „Heliolite" (németül „Heliolit") üveg, amely már szélesebb körben terjedt el. A tisztított prazedímium első tartós kereskedelmi felhasználása – mely még ma is tart – egy sárga-narancssárga kerámiafesték, a „prazeodímium sárga". Ez egy szilárd oldat, melyben a cirkónium-szilikát (cirkon) kristályrácsába prazeodímium van beépítve. Ennek a festéknek nincs zöldes árnyalata. Ezzel szemben a prazeodímium üveg – ha elég nagy mértékben adalékolt – nem tisztán sárga, hanem határozottan zöld színű.

A prazeodímiumot mindig is nehéz volt klasszikus elválasztási módszerekkel tisztítani. Mivel jóval ritkább a lantánnál és a neodímiumnál, melyektől el kell választani (a cériumot régóta redoxireakcióval távolítják el), ezért a prazeodímium sok frakcióban oszlott el, és a tisztított anyag kitermelése csekély volt. A prazeodímium történelmileg olyan ritkaföldfém volt, melynek a kínálata meghaladta a keresletet, így olykor olcsóbban hozzá lehetett jutni, mint a jóval gyakoribb neodímiumhoz. Mint felesleges anyagot gyakran lantánnal és cériummal alkotott keverékét árulták (az alkotók kezdőbetűje után ezt „LCP"-nek is rövidítették) a hagyományos monacitból és basztnezitből olcsón előállított lantanoida keverék helyett. Az LCP ezen keverék maradéka, miután a kívánt neodímiumot és a többi nehezebb, ritkább és értékesebb lantanoidát oldószeres extrakcióval eltávolították. A technika fejlődésével azonban lehetségessé vált a prazeodímiumnak a neodímium-vas-bór mágnesekben történő felhasználása, így az LC kezdi átvenni az LCP helyét.

A prazeodímium kis mennyiségben található meg a földkéregben (9,5 ppm). A monacit és basztnezit ritkaföldfém ásványokban fordul elő, jellemzően azok lantanoida-tartalmának 5%-a. Ioncserés eljárásokkal vagy ellenáramú oldószeres extrakcióval nyerhető ki. Az öngyújtók készítéséhez használt elegyfém mintegy 5% fémprazeodímiumot tartalmaz.^[5]

A prazeodímiumot az alábbi területeken alkalmazzák:

• a magnézium ötvözőjeként nagy szilárdságú fémek előállítására, melyeket a repülőgépmotorok készítéséhez használnak.^[6]
• A filmiparban stúdióvilágításra és a vetítőlámpákban használt szénív világítás alapja a prazeodímium.
• A prazeodímium vegyületei az üveget és a zománcot sárgára színezik.^[7]
• A peridot utánzásához a cirkóniát prazeodímiummal színezik sárgászöldre.
• Az egyes hegesztőszemüvegek és üvegfújók védőszemüvegének anyagaként használt didimiumüveg egyik összetevője.^[7]
• Prazeodímiumionokkal adagolt szilikátüveg felhasználásával egészen néhány száz méter per másodperc sebességig lassítottak le egy fényimpulzust.^[8]
• A nikkellel ötvözött prazeodímium (PrNi₅) magnetokalorikus hatása olyan nagy, hogy ennek segítségével egy század fokra meg tudták közelíteni az abszolút nulla fokot.^[9]
• Prazeodímium fluorid üvegbe való adagolásával lehetővé válik azt egymódusú száloptikai erősítőként használni.^[10]
• Prazeodímium-oxid cérium(IV)-oxiddal vagy cérium(IV)- és cirkónium(IV)-oxiddal alkotott szilárd oldatát oxidációs katalizátorként használják.^[11]
• A modern ferrocérium tűzacél termékek, melyeket öngyújtóban, szikravetőkben stb. használnak, mintegy 4% prazeodímiumot tartalmaznak.^[7]

Mint minden ritkaföldfém, a prazeodímium is csak kis vagy közepes mértékben mérgező.

Biológiai szerep: Ritkaföldfémeket használnak egyes baktériumok. Egy olaszországi vulkanikus iszaptócsában fellelhető metanotróf baktérium (a Methylacidophilum fumariolicum) vizsgálata során megállapították, hogy ennek az extrém életmódú mikrobának lantanoidákra van szüksége anyagcseréje működéséhez. Ez a legelső adat arról, hogy egy élőlény ezeket az elemeket felhasználja. A kutatók bizonyították, hogy a M. fumariolicum lantánt, cériumot, prazeódiumot vagy neodímiumot igényel ahhoz, hogy metanol-dehidrogenáz (MDH) nevű enzimje működőképes legyen - ezek a ritkaföldfémek tehát az élőlény anyagcseréjében nagyon fontos enzim kofaktorai. Más baktériumokban eddig csak kalcium-kofaktorral működő metanol-dehidrogenáz enzimeket ismert a tudomány. Egyes metanotróf és metiltróf baktériumok genomjaiban viszont a M. fumariolicum-éhoz hasonló MDH-géneket sikerült azonosítani, így a kutatók szerint valószínű, hogy a lantanoidáknak nagyobb szerepük van a bioszférában, mint azt korábban bárki gondolta volna.^[12]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Praseodymium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

• R.J. Callow, "The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium", Pergamon Press, 1967.

• periódusos rendszer