Отворите главни мени

Празеодијум (Pr, лат. praseodymium), је хемијски елеменат из групе лантаноида.[7][8] Име је добио од грчких речи πρασιoς (prasios) и διδυμoς (didymos) које заједно имају значење „зелени близанац“.

Празеодијум
Praseodymium.jpg
Општа својства
Име, симболпразеодијум, Pr
Изгледсивкасто 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
церијумпразеодијумнеодијум
Атомски број (Z)59
Група, периодагрупа Н/Д, периода 6
Блокf-блок
Категорија  лантаноид
Рел. ат. маса (Ar)140,90766(2)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 21, 8, 2
Физичка својства
Агрегатно стањечврст
Тачка топљења1208 K ​(935 °‍C, ​1715 °F)
Тачка кључања3403[2] K ​(3130 °‍C, ​5666 °F)
Густина при с.т.6,77[3][4] g/cm3
течно ст., на т.т.6,50 g/cm3
Топлота фузије6,89 kJ/mol
Топлота испаравања331 kJ/mol
Мол. топл. капацитет27,20 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
Електронегативност1,13
Енергије јонизације1: 527 kJ/mol
2: 1020 kJ/mol
3: 2086 kJ/mol
Атомски радијус182 pm
Ковалентни радијус203±7 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структурадупла збијена хексагонална
(dHCP)
Double hexagonal close packed кристална структура за празеодијум
Брзина звука танак штап2280 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширењеα, поли: 6,7 µm/(m·K) (на r.t.)
Топл. водљивост12,5 W/(m·K)
Електрична отпорностα, поли: 0,700 µΩ·m (на r.t.)
Магнетни распоредпарамагнетичан[5]
Магнетна сусцептибилност (χmol)+5010,0·10−6 cm3/mol(293 K)[6]
Јангов модулα form: 37,3 GPa
Модул смицањаα form: 14,8 GPa
Модул стишљивостиα form: 28,8 GPa
Поасонов коефицијентα form: 0,281
Викерсова тврдоћа250–745 MPa
Бринелова тврдоћа250–640 MPa
CAS број7440-10-0
Историја
ОткрићеКарл Ауер (1885)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
141Pr 100% стабилни
142Pr syn 19.12 h β 142Nd
ε 142Ce
143Pr syn 13.57 d β 143Nd
референцеВикиподаци

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

ИсторијаУреди

 
Празеодијум

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.[10] Ретку земљу церију истовремено и независно од њега изоловао је и Мартин Хајнрих Клапрот у Немачкој.[11] 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.[12]

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.[13]

ОсобинеУреди

 
Кристална структура празеодијума

Физичке особинеУреди

Празеодијум је дуктилни метал чија се тврдоћа може упоредити са сребром.[14] 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 особинеУреди

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.[15] Он лако сагорева на 150  °C формирајући празеодијум(III,IV) оксид, нестехиометријско једињење апроксимативне композиције Pr6O11:[16]

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11

Оно се може редуковати до празеодијум(III) оксида (Pr2O3) помоћу водоничног гаса.[17] 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.[17] Реактивност празеодијума је у складу са периодним трендовима, јер је један од првих и стога један од највећих лантанида.[18] На 1000  °C, многи празеодијумски оксиди са композицијом PrO2−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 PrnO2n−2 са n = 4, 7, 9, 10, 11, 12, и ∞. Ове фазе PrOy 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.[19]

ИзотопиУреди

Празеодијум у природи се састоји само из једног стабилног изотопа 141Pr.[20] 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 (t½ 2,12 сати), 142mPr (t½ 14,6 минута) и 134mPr (t½ 11 минута).

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

РаспрострањеностУреди

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

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.[10] Светске резерве празеодијума се процењују на око 4 милиона тона.

ДобијањеУреди

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.

 

УпотребаУреди

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.

ЈедињењаУреди

ОксидиУреди

ХалогенидиУреди

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 једињењаУреди

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).

РеференцеУреди

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Zhang, Yiming; Julian R. G. Evans; Shoufeng Yang (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. Journal of Chemical & Engineering Data. 56: 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
  3. ^ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2, arhivirano sa originala 8. januara 2016.
  4. ^ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013, pristupljeno 7. oktobra 2017.
  5. ^ Jackson, M. (2000). „Magnetism of Rare Earth” (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1. 
  6. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4. 
  7. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  8. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  9. ^ Binder, Harry H. der chemischen Elemente (1999). Lexikon. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 978-3-7776-0736-8. 
  10. 10,0 10,1 John, Emsley (2011). Nature's Building Blocks. Oxford University Press. стр. 120—125. ISBN 9780198503408. 
  11. ^ Greenwood, A.; Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 изд.). Weinheim: VCH. стр. 1424—1579. ISBN 978-3-527-26169-7. 
  12. ^ Weeks Mary Elvira (1932). „The Discovery of the Elements: XI. Some Elements Isolated with the Aid of Potassium and Sodium:Zirconium, Titanium, Cerium and Thorium”. The Journal of Chemical Education. 9 (7): 1231—1243. Bibcode:1932JChEd...9.1231W. doi:10.1021/ed009p1231. 
  13. ^ Carl Auer v. Welsbach (1885). „Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie. 6 (1): 477—491. doi:10.1007/BF01554643. 
  14. ^ Weast, Robert C. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). ISBN 978-0-8493-0470-5. 
  15. ^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Приступљено 8. 8. 2009. 
  16. ^ „Chemical reactions of Praseodymium”. Webelements. Приступљено 9. 7. 2016. 
  17. 17,0 17,1 Greenwood and Earnshaw, pp. 1238–9
  18. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1235–8
  19. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 643–4
  20. ^ Cameron, A. G. W. (1973). „Abundance of the Elements in the Solar System” (PDF). Space Science Reviews. 15 (1): 121—146. Bibcode:1973SSRv...15..121C. doi:10.1007/BF00172440. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 21. 10. 2011. 

ЛитератураУреди

  • John, Emsley (2011). Nature's Building Blocks. Oxford University Press. стр. 120—125. ISBN 9780198503408. 
  • Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  • R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium, Pergamon Press, 1967.

Спољашње везеУреди