镨是什么?
镨(符号Pr)是元素周期表中的第59号元素,属于6周期的镧系元素。 一种能给焊工护目镜着色的稀土元素,与钕形成合金后可制造强大的磁体。 在室温下为固态。
结构
这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图显示镨在全部118种元素中该属性所处的位置。
来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。
尺寸,按比例显示
半径182 pm——即0.182 nm,因此大约2.75百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。
温度范围
镨在2585 K的范围内呈液态,温度从1208 K到3793 K。
背后的故事
一种能给焊工护目镜着色的稀土元素,与钕形成合金后可制造强大的磁体。
Carl Auer von Welsbach是一位奥地利化学家和发明家。当时他正在研究双镧——一种令科学家困惑数十年的假想元素。利用新近发展的分步结晶技术,他怀疑双镧并不是单一元素。
通过艰苦的结晶实验,Welsbach成功将双镧分离为两种不同的元素。这一过程需要数百次重结晶,并耗时数月。
Welsbach将其中一种元素命名为“praseodymium”,名称源自希腊语“prasios”(绿色)和“didymos”(双胞胎),指的是它的绿色盐以及它与钕的孪生关系;钕也是他同时发现的。
40多年来,科学家一直研究“双镧”,认为它是一种单一元素。1841年,Carl Mosander首次将其从铈中分离出来,谜团由此开始。当Welsbach运用系统光谱学研究这种假想元素的性质时,突破终于出现了。
“光谱仪显示出不可能属于单一元素的谱线——双镧之谜终于解开了。”
— Carl Auer von Welsbach,1885年
Carl Auer von Welsbach不仅是发现者,还是一位改变日常生活的发明家:
Welsbach对镨和钕的分离证明,细致的分析化学能够揭示自然界中隐藏的复杂性。他的技术成为分离所有稀土元素的基础。
Welsbach一生获得了众多荣誉,包括被奥地利皇帝封为男爵,但他对稀土化学的贡献常常被忽视。现代高科技产业的存在,离不开他的基础性发现。
用途
镨是稀土家族中的“色彩大师”,能在材料科学中产生最鲜艳的绿色。其独特的电子结构使其在光学和磁性应用中具有不可替代的价值。
镨黄绿色是科学界已知最稳定、最鲜艳的着色剂之一。与会褪色的有机染料不同,镨能使鲜艳的色彩保持数百年。它用于:
镨是制造世界上最强永磁体的关键材料:
镨独特的光学性质使其成为以下应用的必需材料:
由于供应有限以及电动汽车行业需求不断增长,镨价格高度波动。一辆普通电动汽车的各类部件中需要使用200-600克镨。
来源
地壳中含量为9.2 mg/kg · 比68%的元素更丰富
镨是较为稀少的稀土元素之一,在矿床中仅占镧系元素总含量的5%左右。尽管被称为“稀土”,它的丰度仍高于银或汞!
化学式:(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
镨含量:4-6%
主要来源:Mountain Pass(美国)、Bayan Obo(中国)
化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
镨含量:3-5%
发现于:海滩砂矿床、砂矿
化学式:YPO₄(含Pr替代)
镨含量:1-3%
特殊来源:重矿物砂
镨通过极端岩浆分异作用形成于碳酸岩杂岩和碱性火成岩侵入体中。该元素在晚期结晶过程中富集,通常与富氟流体有关。
目前回收效率较低(5-10%),但由于价格上涨和供应担忧,正在快速提高。
由于生产在地理上的集中,以及从其他稀土元素中分离镨的技术难度较高,镨面临显著的供应链脆弱性。加工需要复杂的化学分离技术。
处理
镨化合物需要谨慎处理,因为存在呼吸道和皮肤致敏风险,金属形态还具有火灾危险。
镨金属:细分状态下具有高度自燃性!
使用D类灭火器或干砂。撤离现场。切勿用水——会引起剧烈反应!
立即转移至新鲜空气处。观察是否出现延迟性呼吸影响。寻求医疗救助。
用清水冲洗15分钟。保持眼睑张开。若安全可行,取下隐形眼镜。
用肥皂和水彻底清洗。立即脱去受污染的衣物。
生态毒性:镨化合物可能对水生生物有毒。防止其释放到水道和土壤中。只能通过有资质的危险废物处理设施处置。
快速解答
镨(符号Pr)是元素周期表中的第59号元素,属于6周期的镧系元素。 一种能给焊工护目镜着色的稀土元素,与钕形成合金后可制造强大的磁体。 在室温下为固态。
[Xe] 4f³ 6s²,共有6个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 21, 8, 2。镨在1208 K(934.9 °C)熔化,在3793 K(3519.9 °C)沸腾。
镨的标准原子量为140.908 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值,因此通常不是整数。
镨的密度为6.77 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此镨块约重6.8倍。
镨的鲍林电负性为1.13。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 如此低的数值意味着,它很容易失去最外层电子,形成正离子。
镨由Carl Auer von Welsbach于1885年发现。 它以希腊语 prasios didymos,“绿色的孪生者”命名。
镨约占地壳的9.2 mg/kg——不常见,但并不稀有。