59 Pr Празеодим 140.908
Лантаноид f-block Period 6

Празеодим

Pr · Element 59

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 140.908 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f³ 6s²

Строение

Атом празеодим

Это не схема 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 связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место празеодим занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 6.77 g/cm³ 38%
Температура Плавления 1208 K 54%
Температура Кипения 3793 K 81%
Удельная теплоёмкость 0.193 J/g·K
Теплопроводность 12.5 W/m·K 33%

Атомные

Атомный Радиус 182 pm 70%
Ковалентный радиус 203 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 239 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.13 14%
Энергия ионизации 526.8 kJ/mol 10%
Сродство к Электрону 10.5 kJ/mol 12%

Распространённость

Распространённость в земной коре 9.2 mg/kg 68%

Идентификационные

СимволPr
Атомный номер59
Атомная масса140.9077 u
КатегорияЛантаноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная
Степени окисления+3, +4
Открытие1885
ПервооткрывательCarl Auer von Welsbach

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a празеодим atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Празеодим is liquid over a 2585 K window, from 1208 K to 3793 K.

Положение

Положение в таблице

Празеодим sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ЛАНТАНОИДЫ

All лантаноиды

История

Что такое празеодим и как его обнаружили

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

The discovery of празеодим

История открытия

1885 — Австрийская связь

Карл Ауэр фон Вельсбах, австрийский химик и изобретатель, изучал дидим — предполагаемый элемент, который десятилетиями ставил учёных в тупик. Используя недавно разработанный метод дробной кристаллизации, он предположил, что дидим не является одним элементом.

Великое разделение

После кропотливых экспериментов по кристаллизации Вельсбах успешно разделил дидим на два самостоятельных элемента. Процесс потребовал сотен перекристаллизаций и занял несколько месяцев.

Название «зелёного близнеца»

Вельсбах назвал один элемент «празеодимом», образовав название от греческих слов «prasios» (зелёный) и «didymos» (близнец), имея в виду его зелёные соли и родство с неодимом, который он открыл одновременно.

Загадка дидима

Более 40 лет учёные изучали «дидим», считая его одним элементом. Загадка началась в 1841 году, когда Карл Мосандер 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».

— Карл Ауэр фон Вельсбах, 1885

Инновации Вельсбаха

Карл Ауэр фон Вельсбах был не только первооткрывателем, но и изобретателем, чьи работы изменили повседневную жизнь:

  • Газовые калильные сетки: изобрёл калильную сетку для газовых ламп, используя оксиды редкоземельных элементов
  • Кремни для зажигалок: разработал церий-железный сплав, который до сих пор используется в зажигалках
  • Лампы накаливания: усовершенствовал вольфрамовые нити для электрического освещения

Научное значение

Разделение Вельсбахом празеодима и неодима доказало, что тщательный аналитический химический анализ способен раскрывать скрытую сложность природы. Его методы стали основой разделения всех редкоземельных элементов.

Признание и наследие

Хотя Вельсбах при жизни получил множество наград, включая возведение в баронское достоинство австрийским императором, его вклад в химию редкоземельных элементов часто недооценивают. Современные высокотехнологичные отрасли обязаны своим существованием его фундаментальным открытиям.

Применение

Для чего используется празеодим

Передовые промышленные применения

Празеодим — «мастер цвета» семейства редкоземельных элементов, создающий самые яркие зелёные оттенки в материаловедении. Его уникальная электронная структура делает его незаменимым в оптических и магнитных технологиях.

Окрашивание стекла и керамики

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 веками. Его используют для:

  • Высококачественного архитектурного стекла для знаковых зданий
  • Художественного и витражного стекла для церквей и музеев
  • Специальной керамики для элитной столовой посуды
  • Защитных очков для сварщиков и стекольщиков

Магнитные материалы

Празеодим играет важную роль в производстве самых сильных постоянных магнитов в мире:

  • Неодим-празеодим-железо-боровые (NdPrFeB) магниты — сильнее чистых неодимовых магнитов
  • Двигатели электромобилей (Tesla, Nissan Leaf, Chevy Bolt)
  • Генераторы ветряных турбин для возобновляемой энергетики
  • Приводы жёстких дисков для хранения данных
  • Магниты аппаратов МРТ для медицинской визуализации

Технологии освещения и отображения

Уникальные оптические свойства празеодима делают его необходимым для:

  • Люминофоров в энергоэффективном освещении
  • Лазерных кристаллов для промышленной резки и медицинских процедур
  • Оптических усилителей в волоконно-оптической связи
  • Специализированных фильтров для фотографии и астрономии

Высокотехнологичные применения

  • Исследования в области квантовых вычислений — магнитные кубиты
  • Сверхпроводящие материалы для передачи энергии
  • Компоненты ядерных реакторов для обнаружения нейтронов
  • Специальные сплавы для аэрокосмической отрасли

Повседневные применения

Автомобильные технологии

  • Магниты двигателей электромобилей (Prius, Model S)
  • Генераторы гибридных автомобилей
  • Усовершенствованные системы фар
  • Датчики управления двигателем
  • Компоненты каталитических нейтрализаторов

Бытовая электроника

  • Магниты жёстких дисков компьютеров
  • Магниты динамиков смартфонов
  • Высококачественные излучатели наушников
  • Элементы объективов камер
  • Компоненты игровых консолей

Возобновляемая энергетика

  • Генераторы ветряных турбин
  • Системы слежения за солнечными панелями
  • Системы хранения энергии
  • Компоненты интеллектуальных электросетей
  • Двигатели электрических велосипедов

Декоративные и художественные изделия

  • Художественное стекло и скульптуры
  • Элитная керамическая столовая посуда
  • Архитектурные элементы из стекла
  • Окрашивание ювелирных изделий и драгоценных камней
  • Витражные окна

Профессиональное оборудование

  • Защитные очки для сварки
  • Научные инструменты
  • Прецизионные оптические устройства
  • Промышленные лазерные системы
  • Аналитическое оборудование

Динамика рынка

Цены на празеодим очень нестабильны из-за ограниченного предложения и растущего спроса со стороны отрасли электромобилей. Типичному электромобилю требуется 200–600 граммов празеодима в различных компонентах.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Распространение в природе

Празеодим — один из наиболее редких редкоземельных элементов: на его долю приходится лишь около 5% всего содержания лантаноидов в рудных месторождениях. Несмотря на название «редкоземельные», он всё же распространённее серебра или ртути.

Статистика распространённости

  • Земная кора: 9,2 части на миллион (ppm)
  • Позиция в рейтинге: 39-й по распространённости элемент
  • Океанская вода: 6,4 × 10⁻⁷ ppm
  • Распределение редкоземельных элементов: 5% от общего количества лантаноидов

Основные источники минералов

Бастнезит

Химическая формула: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Содержание Pr: 4–6%
Основной источник: Маунтин-Пасс (США), Баян-Обо (Китай)

Монацит

Химическая формула: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Содержание Pr: 3–5%
Встречается в: месторождениях пляжных песков, россыпных шахтах

Ксенотим

Химическая формула: YPO₄ (с замещением Pr)
Содержание Pr: 1–3%
Специализированный источник: тяжёлые минеральные пески

Мировое производство

  • Китай: 85% мирового производства (Внутренняя Монголия, Цзянси)
  • Соединённые Штаты: рудник Маунтин-Пасс (возрождение добычи редкоземельных элементов)
  • Австралия: проект Маунт-Уэлд (наращивание производственных мощностей)
  • Индия: добыча из пляжных песков в Ориссе и Керале
  • Бразилия: щелочные комплексы Минас-Жерайс
  • Южная Африка: рудник Стинкампскраал (потенциальный источник)

Геологическое образование

Празеодим образуется в карбонатитовых комплексах и щелочных магматических интрузиях в результате крайней магматической дифференциации. Элемент концентрируется на поздних стадиях кристаллизации, часто в связи с фторсодержащими флюидами.

Источники вторичной переработки

  • Магниты из отслужившего оборудования — из жёстких дисков и двигателей
  • Производственные отходы от изготовления магнитов
  • Переработка электронных устройств (динамики, датчики)
  • Извлечение автомобильных компонентов из гибридных автомобилей

Эффективность переработки в настоящее время низкая (5–10%), но быстро растёт из-за повышения цен и опасений по поводу поставок.

Проблемы цепочки поставок

Празеодим сталкивается с существенными уязвимостями цепочки поставок из-за географической концентрации производства и технической сложности отделения от других редкоземельных элементов. Переработка требует сложных методов химического разделения.

Обращение

Безопасность

Информация по безопасности

Умеренный уровень опасности

Соединения празеодима требуют осторожного обращения из-за риска раздражения дыхательных путей и сенсибилизации кожи, а металлическая форма также пожароопасна.

Пожароопасность и реакционная способность

Металлический празеодим: чрезвычайно пирофорен в мелкодисперсном состоянии.

  • Может самовоспламеняться на воздухе при комнатной температуре
  • Бурно реагирует с водой с образованием газа водорода
  • Хранить под минеральным маслом или в инертной атмосфере
  • Требуется огнетушитель класса D (никогда не использовать воду!)

Риски для дыхательной системы

  • Острое воздействие: раздражение дыхательных путей, кашель
  • Хроническое воздействие: возможный пневмокониоз (рубцевание лёгких)
  • Сенсибилизация: может вызывать аллергические реакции у чувствительных людей
  • Защита: использовать респираторы, одобренные NIOSH, с фильтрами P100

Контакт с кожей и глазами

  • Кожа: может вызывать раздражение и сенсибилизацию
  • Глаза: сильное раздражение и возможное повреждение роговицы
  • Всасывание: всасывание через кожу ограничено, но длительного контакта следует избегать
  • СИЗ: необходимы нитриловые перчатки и защитные очки с полным покрытием

Действия в чрезвычайных ситуациях

Пожар металла

Использовать огнетушитель класса D или сухой песок. Покинуть помещение. Никогда не использовать воду — она вызывает бурную реакцию.

Вдыхание

Немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух. Наблюдать за отсроченными нарушениями дыхания. Обратиться за медицинской помощью.

Попадание в глаза

Промывать чистой водой в течение 15 минут. Держать веки открытыми. Снять контактные линзы, если это можно сделать безопасно.

Попадание на кожу

Тщательно промыть водой с мылом. Немедленно снять загрязнённую одежду.

Хранение и обращение

  • Металлическая форма: хранить под минеральным маслом в герметичных инертных контейнерах
  • Соединения: хранить в прохладном сухом месте вдали от кислот и влаги
  • Несовместимые вещества: сильные кислоты, окислители и вода
  • Вентиляция: при обращении использовать местную вытяжную вентиляцию

Воздействие на окружающую среду

Экологическая токсичность: соединения празеодима могут быть токсичны для водных организмов. Не допускать попадания в водоёмы и почву. Утилизировать только через лицензированные предприятия по обращению с опасными отходами.

Специальное оборудование для обращения

  • Перчаточные боксы с инертной атмосферой для работы с металлом
  • Взрывозащищённое электрооборудование в рабочих зонах
  • Аварийный душ и станции для промывания глаз поблизости
  • Огнетушители класса D в легкодоступных местах

Краткие ответы

Празеодим: часто задаваемые вопросы

What is Празеодим?

Празеодим (symbol Pr) is element 59 on the periodic table, a лантаноид 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 Празеодим?

Празеодим'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 Празеодим?

Празеодим melts at 1208 K (934.9 °C) and boils at 3793 K (3519.9 °C).

What is the atomic mass of Празеодим?

The standard atomic weight of Празеодим 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 Празеодим?

Празеодим has a density of 6.77 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of празеодим is about 6.8× heavier.

What is the electronegativity of Празеодим?

Празеодим 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 Празеодим, and when?

Празеодим was discovered in 1885 by Carl Auer von Welsbach. It is named after greek prasios didymos, "green twin".

How common is Празеодим on Earth?

Празеодим makes up about 9.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.