Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение празеодим среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 182 pm — это 0,182 нм, поэтому около 2,75 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Празеодим находится в жидком состоянии в диапазоне 2585 K — от 1208 K до 3793 K.
История
Редкоземельный элемент, окрашивающий очки сварщика и в сплаве с неодимом создающий чрезвычайно мощные магниты.
Carl Auer von Welsbach, австрийский химик и изобретатель, изучал дидим — предполагаемый элемент, который на протяжении десятилетий ставил учёных в тупик. Используя недавно разработанный метод дробной кристаллизации, он предположил, что дидим не является одним элементом.
После кропотливых экспериментов по кристаллизации Вельсбах успешно разделил дидим на два отдельных элемента. Процесс потребовал сотен перекристаллизаций и занял несколько месяцев.
Вельсбах назвал один из элементов «празеодимом», используя греческие слова «prasios» (зелёный) и «didymos» (близнец), имея в виду его зелёные соли и родство с неодимом, который он открыл одновременно.
Более 40 лет учёные изучали «дидим», считая его одним элементом. Загадка началась в 1841 году, когда Carl Mosander впервые отделил его от церия. Прорыв произошёл, когда Вельсбах применил систематическую спектроскопию для изучения свойств предполагаемого элемента.
«Спектроскоп выявил линии, которые не могли принадлежать одному элементу, — загадка дидима наконец была решена».
— Carl Auer von Welsbach, 1885
Carl Auer von Welsbach был не только первооткрывателем, но и изобретателем, чьи работы изменили повседневную жизнь:
Разделение празеодима и неодима, выполненное Вельсбахом, доказало, что тщательный аналитический анализ может выявить скрытую сложность природы. Его методы стали основой для разделения всех редкоземельных элементов.
Хотя Вельсбах получил множество наград при жизни, включая титул барона от австрийского императора, его вклад в химию редкоземельных элементов часто недооценивают. Современные высокотехнологичные отрасли обязаны своим существованием его фундаментальным открытиям.
Применение
Празеодим — «мастер цвета» среди редкоземельных элементов, создающий самые яркие зелёные оттенки в материаловедении. Его уникальная электронная структура делает его незаменимым в оптических и магнитных применениях.
Жёлто-зелёный цвет празеодима — один из самых стабильных и ярких красителей, известных науке. В отличие от органических красителей, которые выцветают, празеодим сохраняет свой насыщенный цвет на протяжении веков. Он используется для:
Празеодим играет ключевую роль в производстве самых сильных постоянных магнитов в мире:
Уникальные оптические свойства празеодима делают его необходимым для:
Цены на празеодим крайне нестабильны из-за ограниченного предложения и растущего спроса со стороны индустрии электромобилей. В типичном электромобиле в различных компонентах требуется 200–600 граммов празеодима.
Откуда он происходит
9,2 мг/кг земной коры · более распространён, чем 68% элементов
Празеодим — один из наиболее редких редкоземельных элементов: на его долю приходится лишь около 5% всего содержания лантаноидов в рудных месторождениях. Несмотря на то что он «редкий», его распространённость всё же выше, чем у серебра или ртути.
Химическая формула: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Содержание Pr: 4–6%
Крупнейшие источники: Маунтин-Пасс (США), Баян-Обо (Китай)
Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Pr: 3–5%
Встречается в: месторождениях пляжных песков, россыпных рудниках
Химическая формула: YPO₄ (с замещением Pr)
Содержание Pr: 1–3%
Специализированный источник: тяжёлые минеральные пески
Празеодим образуется в карбонатитовых комплексах и щелочных магматических интрузиях в результате крайней магматической дифференциации. Элемент концентрируется на поздних стадиях процессов кристаллизации, часто в присутствии фторсодержащих флюидов.
В настоящее время эффективность переработки низкая (5–10%), но быстро растёт из-за повышения цен и опасений по поводу поставок.
Празеодим сталкивается со значительными уязвимостями цепочки поставок из-за географической концентрации производства и технической сложности отделения от других редкоземельных элементов. Переработка требует сложных методов химического разделения.
Обращение
Соединения празеодима требуют осторожного обращения из-за риска раздражения дыхательных путей и сенсибилизации кожи, а также пожароопасности металлической формы.
Металлический празеодим: чрезвычайно пирофорен в мелкодисперсном состоянии.
Использовать огнетушитель класса D или сухой песок. Покинуть опасную зону. Никогда не использовать воду — она вызывает бурную реакцию.
Немедленно вывести пострадавшего на свежий воздух. Наблюдать за возможными отсроченными нарушениями дыхания. Обратиться за медицинской помощью.
Промывать чистой водой в течение 15 минут. Держать веки открытыми. Снять контактные линзы, если это можно сделать безопасно.
Тщательно промыть водой с мылом. Немедленно снять загрязнённую одежду.
Экотоксичность: соединения празеодима могут быть токсичны для водных организмов. Не допускать попадания в водоёмы и почву. Утилизировать только через лицензированные предприятия по переработке опасных отходов.
Краткие ответы
Празеодим (символ Pr) — элемент 59 в периодической таблице, представитель семейства Лантаноид в 6 периоде. Редкоземельный элемент, окрашивающий очки сварщика и в сплаве с неодимом создающий чрезвычайно мощные магниты. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f³ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 21, 8, 2.Празеодим плавится при 1208 K (934.9 °C) и кипит при 3793 K (3519.9 °C).
Стандартная атомная масса Празеодим составляет 140.908 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Празеодим составляет 6.77 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Празеодим примерно в 6.8× тяжелее.
Электроотрицательность Празеодим по шкале Полинга составляет 1.13. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Празеодим был открыт в 1885 году Carl Auer von Welsbach. Назван в честь греческое prasios didymos, «зелёный близнец».
На долю Празеодим приходится около 9.2 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.