59 Pr プラセオジム 140.908
ランタノイド f-block Period 6

プラセオジム

Pr · Element 59

A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets.

20°Cでの状態 固体
原子量 140.908 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f³ 6s²

構造

プラセオジム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された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。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてプラセオジムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 6.77 g/cm³ 38%
融点 1208 K 54%
沸点 3793 K 81%
比熱 0.193 J/g·K
熱伝導率 12.5 W/m·K 33%

原子

原子半径 182 pm 70%
共有結合半径 203 pm
ファンデルワールス半径 239 pm

電子

電気陰性度 1.13 14%
イオン化エネルギー 526.8 kJ/mol 10%
電子親和力 10.5 kJ/mol 12%

存在

地殻中の存在度 9.2 mg/kg 68%

同定

元素記号Pr
原子番号59
原子量140.9077 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造六方晶系
酸化数+3, +4
発見年1885
発見者Carl Auer von Welsbach

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a プラセオジム atom?

Radius 182 pm — that is 0.182 nm, so about 2747 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

プラセオジム is liquid over a 2585 K window, from 1208 K to 3793 K.

位置

表での位置

プラセオジム sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ランタノイド

All ランタノイド

物語

プラセオジムとは何か、そしてどのように発見されたか

A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets.

The discovery of プラセオジム

発見の物語

1885年―オーストリアとのつながり

Carl Auer von Welsbachは、オーストリアの化学者で発明家です。彼は、何十年もの間、科学者たちを悩ませていた、元素だと思わ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使い、ジジミウムは単一の元素ではないのではないかと考えました。

大いなる分離

Welsbachは、苦労を重ねた結晶化実験によって、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。この過程には数百回の再結晶が必要で、完了まで数か月かかりました。

「緑の双子」の命名

Welsbachは、一方の元素を「プラセオジム」と名付けました。これは、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にちなみ、ギリシャ語の「prasios」(緑)と「didymos」(双子)から取った名前です。

ジジミウムの謎

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がセリウムから初めて分離したときに始まりました。Welsbachが、想定された元素の性質を研究するために体系的な分光法を適用したことで、突破口が開かれました。

「分光器は、単一の元素には属し得ない線を明らかにした―ジジミウムの謎はついに解かれた。」

― Carl Auer von Welsbach、1885年

Welsbachの革新

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。

  • ガスマントル:希土類酸化物を使った白熱ガスマントルを発明しました
  • ライター用フリント:現在もたばこ用ライターに使われているセリウム・鉄合金を開発しました
  • 白熱電球:電気照明用のタングステンフィラメントを改良しました

科学への影響

Welsbachによるプラセオジムとネオジムの分離は、綿密な分析化学によって自然界に潜む複雑さを明らかにできることを示しました。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。

評価と遺産

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

プラセオジムの用途

先進的な産業用途

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。独特な電子構造により、光学用途や磁気用途で非常に重要です。

ガラス・セラミックスの着色

プラセオジムの黄緑色は、科学で知られている中でも特に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。用途は次のとおりです。

  • ランドマーク建築向けの高級建築用ガラス
  • 教会や博物館向けのアートガラスやステンドグラス
  • 高級食器向けの特殊セラミックス
  • 溶接作業者やガラス職人向けの保護眼鏡

磁性材料

プラセオジムは、世界最強の永久磁石の製造に欠かせません。

  • ネオジム・プラセオジム・鉄・ホウ素(NdPrFeB)磁石―純粋なネオジム磁石より強力です
  • 電気自動車のモーター(Tesla、Nissan Leaf、Chevy Bolt)
  • 再生可能エネルギー向けの風力タービン発電機
  • データ保存用のハードディスクドライブ用アクチュエーター
  • 医療画像診断用のMRI装置の磁石

照明・ディスプレイ技術

プラセオジムの独特な光学特性は、次の用途に不可欠です。

  • 省エネルギー照明の蛍光体
  • 産業用切断や医療処置向けのレーザー結晶
  • 光ファイバー通信の光増幅器
  • 写真撮影や天文学向けの特殊フィルター

ハイテク用途

  • 量子コンピューティング研究―磁気量子ビット
  • エネルギー伝送用の超伝導材料
  • 中性子検出用の原子炉部品
  • 航空宇宙用途向けの特殊合金

日常的な用途

自動車技術

  • 電気自動車のモーター磁石(Prius、Model S)
  • ハイブリッド車の発電機
  • 先進的なヘッドライトシステム
  • エンジン制御センサー
  • 触媒コンバーター部品

家電・電子機器

  • コンピューターのハードディスク磁石
  • スマートフォンのスピーカー磁石
  • 高級ヘッドホンのドライバー
  • カメラレンズの光学素子
  • ゲーム機の部品

再生可能エネルギー

  • 風力タービン発電機
  • 太陽光パネルの追尾システム
  • エネルギー貯蔵システム
  • スマートグリッド部品
  • 電動自転車のモーター

装飾・芸術

  • アートガラスや彫刻
  • 高級セラミック食器
  • 建築用ガラスの装飾
  • 宝飾品や宝石の着色
  • ステンドグラスの窓

専門機器

  • 溶接用安全眼鏡
  • 科学機器
  • 精密光学装置
  • 産業用レーザーシステム
  • 分析機器

市場動向

プラセオジムの価格は、供給が限られている一方で電気自動車産業からの需要が増加しているため、大きく変動します。一般的な電気自動車1台には、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。

由来

天然での存在

9.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 68% of elements

自然界での分布

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含有量の約5%にすぎません。「希少」とはいっても、銀や水銀よりは豊富に存在します。

存在度の統計

  • 地殻:9.2 ppm
  • 順位:存在量が39番目に多い元素
  • 海水:6.4 × 10⁻⁷ ppm
  • 希土類元素中の分布:ランタノイド全体の5%

主な鉱物資源

バストネサイト

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(アメリカ)、バヤン・オボ(中国)

モナズ石

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

ゼノタイム

化学式:YPO₄(Prによる置換を含む)
Pr含有量:1-3%
特殊な産地:重鉱物砂

世界の生産

  • 中国:世界生産量の85%(内モンゴル、江西省)
  • アメリカ:マウンテン・パス鉱山(希土類産業の復興)
  • オーストラリア:マウント・ウェルド計画(生産能力を開発中)
  • インド:オリッサ州とケララ州の海浜砂事業
  • ブラジル:ミナスジェライス州のアルカリ岩複合体
  • 南アフリカ:スティーンカンプスクラール鉱山(潜在的資源)

地質学的形成

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体アルカリ火成岩貫入体中に形成されます。この元素は結晶化の末期過程で濃縮され、多くの場合、フッ素に富む流体と関連しています。

リサイクル資源

  • ハードディスクやモーターから出る使用済み磁石
  • 磁石製造から出る製造廃棄物
  • 電子機器のリサイクル(スピーカー、センサー)
  • ハイブリッド車からの自動車部品の回収

現在のリサイクル効率は低く(5-10%)、供給不安と価格上昇により急速に改善しています。

サプライチェーンの課題

プラセオジムは、生産地域が集中していること、また他の希土類元素から分離する技術が難しいことから、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

安全性

安全性に関する情報

中程度の危険性

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、金属状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。

火災・反応性の危険

プラセオジム金属:微粉末になると非常に自然発火しやすくなります。

  • 室温の空気中で自然発火することがあります
  • 水と激しく反応して水素ガスを発生します
  • 鉱油中または不活性雰囲気中で保管してください
  • D級消火器が必要です(水は絶対に使用しないでください)

呼吸器への健康リスク

  • 急性ばく露:気道の刺激、せき
  • 慢性ばく露:じん肺の可能性(肺の瘢痕化)
  • 感作:敏感な人にアレルギー反応を引き起こすことがあります
  • 保護:P100フィルター付きのNIOSH承認呼吸用保護具を使用してください

皮膚や眼との接触

  • 皮膚:刺激や感作を引き起こすことがあります
  • 眼:強い刺激や角膜損傷の可能性があります
  • 吸収:皮膚からの吸収は限られますが、長時間の接触は避けてください
  • 個人用保護具:ニトリル手袋と全面保護型安全眼鏡が必要です

緊急時の対応

金属火災

D級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。

吸入

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症状を監視してください。医師の診察を受けてください。

眼との接触

清潔な水で15分間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。

皮膚との接触

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。

保管と取扱い

  • 金属状:密封した不活性容器内で鉱油中に保管してください
  • 化合物:酸や湿気から離れた、涼しく乾燥した場所で保管してください
  • 混触危険物:強酸、酸化剤、水
  • 換気:取り扱い時は局所排気装置を使用してください

環境への影響

生態毒性:プラセオジム化合物は水生生物に有毒なことがあります。水路や土壌への放出を防いでください。許可を受けた有害廃棄物処理施設でのみ廃棄してください。

特別な取扱い設備

  • 金属の取扱い用の不活性雰囲気グローブボックス
  • 作業区域の防爆型電気設備
  • 近くに設置した緊急用シャワーと洗眼設備
  • すぐに使用できるD級消火器

簡単な回答

プラセオジム:よくある質問

What is プラセオジム?

プラセオジム (symbol Pr) is element 59 on the periodic table, a ランタノイド in period 6. A rare earth that colours welder's goggles and, alloyed with neodymium, makes formidable magnets. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of プラセオジム?

プラセオジム's ground-state electron configuration is [Xe] 4f³ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 21, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of プラセオジム?

プラセオジム melts at 1208 K (934.9 °C) and boils at 3793 K (3519.9 °C).

What is the atomic mass of プラセオジム?

The standard atomic weight of プラセオジム is 140.908 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is プラセオジム?

プラセオジム has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of プラセオジム is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of プラセオジム?

プラセオジム has a Pauling electronegativity of 1.13. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered プラセオジム, and when?

プラセオジム was discovered in 1885 by Carl Auer von Welsbach. It is named after greek prasios didymos, "green twin".

How common is プラセオジム on Earth?

プラセオジム makes up about 9.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.