プラセオジムとは何ですか?
プラセオジム(記号Pr)は周期表の元素59で、6周期のランタノイドです。 溶接工のゴーグルを着色し、ネオジムと合金化すると強力な磁石を作る希土類元素です。 室温では固体です。
構造
リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてプラセオジムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。
大きさ、実寸比
半径182 pmです。これは0.182 nmなので、約2.75百万個を横に並べると1ミリメートルになります。
熱範囲
プラセオジムは、1208 Kから3793 Kまでの2585 Kの範囲で液体です。
物語
溶接工のゴーグルを着色し、ネオジムと合金化すると強力な磁石を作る希土類元素です。
オーストリアの化学者・発明家Carl Auer von Welsbachは、何十年もの間、科学者たちを悩ませていた、元素だと考えられていたジジミウムを研究していました。新たに開発された分別結晶法を用いて、ジジミウムは単一の元素ではないのではないかと推測しました。
粘り強い結晶化実験によって、Welsbachはジジミウムを二つの異なる元素に分離することに成功しました。この過程には何百回もの再結晶が必要で、完了まで数か月かかりました。
Welsbachは、一方の元素を「プラセオジム」と名付けました。これはギリシャ語の「prasios」(緑)と「didymos」(双子)に由来し、緑色の塩と、同時に発見したネオジムとの双子のような関係を表しています。
40年以上にわたり、科学者たちは「ジジミウム」を単一の元素だと考えて研究していました。この謎は、1841年にCarl Mosanderが初めてジジミウムをセリウムから分離したときに始まりました。Welsbachが系統的な分光法を用いて、この元素と考えられていた物質の性質を研究したことで、突破口が開かれました。
「分光器によって、単一の元素には属し得ない線が明らかになり、ジジミウムの謎はついに解決されました。」
— Carl Auer von Welsbach、1885年
Carl Auer von Welsbachは発見者であるだけでなく、日常生活を変えた発明家でもありました。
Welsbachによるプラセオジムとネオジムの分離は、慎重な分析化学によって自然界に隠れた複雑性を明らかにできることを証明しました。彼の技術は、すべての希土類元素を分離するための基礎となりました。
Welsbachは生涯に、オーストリア皇帝によって男爵に叙せられるなど、数多くの栄誉を受けました。しかし、希土類化学への彼の貢献はしばしば見過ごされています。現代のハイテク産業は、彼の基礎的な発見によって成り立っています。
用途
プラセオジムは希土類元素の「色の巨匠」であり、材料科学において最も鮮やかな緑色を生み出します。独自の電子構造により、光学用途や磁気用途で非常に重要です。
プラセオジムの黄緑色は、科学的に知られている中でも最も安定で鮮やかな着色剤の一つです。色あせる有機染料とは異なり、プラセオジムは何世紀にもわたって鮮やかな色を保ちます。次の用途に使われています。
プラセオジムは、世界最強クラスの永久磁石の製造に不可欠です。
プラセオジムの独自の光学的性質は、次の用途に不可欠です。
プラセオジムの価格は、供給量が限られている一方で電気自動車業界からの需要が増えているため、大きく変動します。一般的な電気自動車では、さまざまな部品に合計200-600グラムのプラセオジムが必要です。
起源
地殻に9.2 mg/kg存在し、68%の元素より存在度が高い
プラセオジムは比較的まれな希土類元素の一つで、鉱床中のランタノイド全体の約5%を占めるにすぎません。「まれ」とはいえ、銀や水銀よりも存在度は高いです。
化学式:(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Pr含有量:4-6%
主な産地:マウンテン・パス(米国)、バヤン・オボ(中国)
化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
Pr含有量:3-5%
産出場所:海浜砂鉱床、漂砂鉱山
化学式:YPO₄(Pr置換を含む)
Pr含有量:1-3%
特殊な産地:重鉱物砂
プラセオジムは、極端なマグマ分化によってカーボナタイト複合岩体やアルカリ性火成岩の貫入岩体中に形成されます。この元素は、フッ素に富む流体と共存することが多く、結晶化の末期過程で濃集します。
現在のリサイクル効率は低く(5-10%)、価格上昇と供給懸念を背景に急速に改善しています。
プラセオジムは、生産地域が地理的に集中していることや、他の希土類元素から分離する技術的な難しさから、サプライチェーンに大きな脆弱性を抱えています。処理には高度な化学分離技術が必要です。
取り扱い
プラセオジム化合物は、呼吸器や皮膚の感作リスクがあり、金属形態では火災の危険もあるため、慎重に取り扱う必要があります。
プラセオジム金属:微細な粉末になると非常に自然発火しやすいです。
Dクラス消火器または乾燥砂を使用してください。現場から避難してください。水は絶対に使用しないでください。激しい反応を起こします。
直ちに新鮮な空気の場所へ移してください。遅れて現れる呼吸器への影響を観察してください。医療機関を受診してください。
15分間、清浄な水で洗い流してください。まぶたを開いたままにしてください。安全にできる場合はコンタクトレンズを外してください。
石けんと水で十分に洗ってください。汚染された衣類は直ちに脱いでください。
生態毒性:プラセオジム化合物は水生生物に有毒となる可能性があります。水路や土壌への放出を防いでください。認可を受けた有害廃棄物処理施設を通じてのみ廃棄してください。
簡単な回答
プラセオジム(記号Pr)は周期表の元素59で、6周期のランタノイドです。 溶接工のゴーグルを着色し、ネオジムと合金化すると強力な磁石を作る希土類元素です。 室温では固体です。
[Xe] 4f³ 6s²で、2, 8, 18, 21, 8, 2という分布の電子殻が6個あります。プラセオジムの融点は1208 K(934.9 °C)、沸点は3793 K(3519.9 °C)です。
プラセオジムの標準原子量は140.908 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。
プラセオジムの密度は6.77 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、プラセオジムの塊は約6.8倍重いです。
プラセオジムのポーリング電気陰性度は1.13です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。
プラセオジムは1885年にCarl Auer von Welsbachによって発見されました。 ギリシャ語のprasios didymos、「緑色の双子」にちなんで名付けられました。
地球の地殻におけるプラセオジムの割合は約9.2 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。