59 Pr プラセオジム 140.908
ランタノイド fブロック 6周期

プラセオジム

Pr · 元素 59 · ランタノイド

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。

20°Cでの状態 固体
原子量 140.908 u
電子配置[Xe] 4f³ 6s²

構造

プラセオジムの原子

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。

軌道雲

測定値

物性表

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。

物理的性質

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%

同一性

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

プラセオジムの原子はどのくらいの大きさですか?

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

固体、液体、気体—そしてそのとき

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。

位置

表での位置

プラセオジムはランタノイド系列に位置し、メインのグリッドの下に表示されます。

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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

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。

プラセオジムの発見

発見の物語

1885年―オーストリアとのつながり

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。

大分離

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。

「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。

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

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

科学的影響

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。

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。

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。

  • ランドマーク建築物向けの高級建築用ガラス
  • 教会や博物館向けの美術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、世界最強クラスの永久磁石の製造に不可欠です。

  • 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
  • 医療画像診断用のMRI装置の磁石

照明・ディスプレイ技術

プラセオジムの独自の光学的性質は、次の用途に不可欠です。

  • 省エネルギー照明に使われる蛍光体
  • 産業用切断や医療処置向けのレーザー結晶
  • 光ファイバー通信に使われる光増幅器
  • 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

  • 美術ガラスや彫刻
  • 高級陶磁器の食器
  • 建築用ガラス装飾
  • 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
  • 精密光学機器
  • 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

自然界での存在

地殻に9.2 mg/kg存在し、68%の元素より存在度が高い

天然分布

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。

存在度の統計

  • 地殻:9.2 ppm
  • 順位:存在度が39番目に高い元素
  • 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(米国)、バヤン・オボ(中国)

モナザイト

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)
  • 米国: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:オリッサ州とケー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性岩体
  • 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。

リサイクル資源

  • ハードディスクやモーターから回収された使用済み磁石
  • 磁石製造時に生じる製造廃棄物
  • 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%)、価格上昇と供給懸念を背景に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

安全性

安全性情報

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。

火災・反応性の危険

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。

  • 室温の空気中で自然発火する可能性があります
  • 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下で保管してください
  • Dクラス消火器が必要です(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:気道刺激、せき
  • 慢性ばく露:じん肺の可能性(肺の瘢痕化)
  • 感作:感受性の高い人にアレルギー反応を引き起こす可能性があります
  • 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・眼との接触

  • 皮膚:刺激や感作を引き起こす可能性があります
  • 眼:重度の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定的ですが、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を覆う安全眼鏡が必要です

緊急時の対応

金属火災

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。

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。

眼との接触

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。

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。

保管と取り扱い

  • 金属形態:密閉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。

特殊な取り扱い設備

  • 金属の取り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クラス消火器

簡単な回答

プラセオジム:よくある質問

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。

プラセオジムの電子配置はどのようなものですか?

プラセオジムの基底状態の電子配置は[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と沸点は何ですか?

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。

プラセオジムの原子量は何ですか?

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どのくらいですか?

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。

プラセオジムの電気陰性度はどのくらいですか?

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。

プラセオジムを発見したのは誰で、いつですか?

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。

地球上でプラセオジムはどのくらい一般的ですか?

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。