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镨(拼音:pǔ,注音:ㄆㄨˇ,粤拼:pou2;英语:Praseodymium),是一种化学元素,其化学符号为Pr,原子序数为59,原子量为140.90766 u,属于镧系元素,也是稀土元素之一。
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外观 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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银白色、黄绿光泽![]() | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
概况 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
名称·符号·序数 | 镨(praseodymium)·Pr·59 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
元素类别 | 镧系元素 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
族·周期·区 | 不适用 ·6·f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
标准原子质量 | 140.90766(2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电子排布 | [Xe] 4f3 6s2 2, 8, 18, 21, 8, 2 ![]() | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
历史 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
发现 | 卡尔·奥尔·冯·威尔士巴赫(1885年) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理性质 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物态 | 固体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度 | (接近室温) 6.77 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔点时液体密度 | 6.50 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔点 | 1208 K,935 °C,1715 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
沸点 | 3403 K,3130 °C,5666 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔化热 | 6.89 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
汽化热 | 331 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
比热容 | 27.20 J·mol−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸气压
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原子性质 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
氧化态 | 0,[1] +1,[2] +2, +3, +4, +5 (中等碱性的氧化物) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电负性 | 1.13(鲍林标度) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电离能 | 第一:527 kJ·mol−1 第二:1020 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子半径 | 182 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
共价半径 | 203±7 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
杂项 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
晶体结构 | 六方 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
磁序 | 顺磁性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电阻率 | α, poly: 0.700 µΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
热导率 | 12.5 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
热膨胀系数 | α, poly: 6.7 µm/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
声速(细棒) | (20 °C)2280 m·s−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
杨氏模量 | α form: 37.3 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
剪切模量 | α form: 14.8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
体积模量 | α form: 28.8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
泊松比 | α form: 0.281 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
维氏硬度 | 250–745 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
布氏硬度 | 250–640 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS号 | 7440-10-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
最稳定同位素 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
主条目:镨的同位素
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镨是一种银白色的,中等柔软的金属元素,是镧系元素,在空气中抗腐蚀能力比镧、铈、钕和铕都要强,但暴露在空气中会产生一层易碎的绿色氧化物,所以纯镨必须在矿物油或充氩玻璃管中保存。
镨是第三种镧系元素。在元素周期表里,它位于铈的右边、钕的左边、锕系元素镤的上面。它是一种延展性高的金属,硬度可和银比较。[5] 它的 59 个电子的电子排布为 [Xe]4f36s2。理论上,外面五个电子都可以作为价电子,但是只有在极端情况下镨才会使用这五个价电子。正常情况下,镨化合物中镨只会使用三个(有时是四个)价电子。[6]
类似其它三价的早期镧系元素,镨在常温下是六方最密堆积结构的。在 560 °C时,镨会变成面心立方晶系的。在 935 °C 的熔点前,镨还会短暂形成体心立方晶系。[7]
镨和其它镧系元素(除了没有不成对 4f 电子的镧、镱和镥)一样,在室温下是顺磁性的。[8] 不像其它镧系元素,会在低温下变成反铁磁性或铁磁性,镨在1K 以上都是顺磁性的。[4]
金属镨在空气中慢慢失去光泽,形成像铁锈一样散裂的氧化层。一个厘米大小的金属镨样品在大约一年内完全腐蚀。[9] 镨在 150 °C 时准备燃烧,形成十一氧化六镨,一种非整比化合物,比例近似 Pr6O11:[10]
这种化合物可以被氢气还原成三氧化二镨 (Pr2O3) 。[11] 二氧化镨,化学式 PrO2,是镨的最高价氧化物,由镨在 400 °C 和 282 bar 的纯氧燃烧[11] 或 Pr6O11 在沸腾的醋酸下歧化而成。[12][13]
镨的电正性很大,和冷水反应较慢,但和热水反应迅速,形成氢氧化镨:[10]
金属镨和所有卤素反应,形成三卤化物:[10]
四氟化镨 PrF4是已知的,可以由氟化钠和三氟化镨和氟气反应,形成 Na2PrF6。之后,再用液体氟化氢去除氟化钠,形成四氟化镨。[14] 镨也会形成青铜色的二碘化物。类似镧、铈和钆的二碘化物,它是一种含有镨(III) 的电子盐。[14]
镨和稀硫酸反应,形成含有黄绿色 Pr3+ 离子的 [Pr(H2O)9]3+ 配合物:[10][15]
含镨(IV) 的化合物溶于水不会形成黄色的 Pr4+离子,[16] 因为 Pr4+/Pr3+ 的标准电极电势是 +3.2 V,在水中不稳定,会氧化水并产生 Pr3+。 Pr3+/Pr 的标准电极电势是 −2.35 V。[6] 不过,在高度碱性环境下, Pr4+ 离子可以由臭氧的氧化而成。[17]
自然界中镨只有一种稳定同位素,141Pr。这种同位素有 82 个中子,而82是一个幻数,会使这个同位素有额外的稳定性。[18]这种同位素可以通过S-过程 和R-过程而成。[19] 镨还有38种放射性同位素,其中比较稳定的有143Pr,半衰期为13.57 天; 142Pr,半衰期为19.12小时。 其他的放射性同位素的半衰期都超不过5.985 小时,大部分的半衰期少于33秒。镨还有6个亚稳态,比较稳定的是138mPr (t½ 2.12 小时), 142mPr (t½ 14.6 分) 和134mPr (t½ 11 分)。
由于镧系元素非常相似,镨可以替代大多数其他镧系元素而不会显着丧失功能,而且实际上许多应用(例如混合稀土金属和铁铈合金)涉及多种镧系元素的可变混合物,其中包括少量的镨。以下的应用是镨的主要用处:[20]
1751年,瑞典矿物学家阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特在巴斯特纳斯的矿山中发现了一种重矿物,后来命名为铈硅石。三十年后,15岁的威廉·希辛格来自拥有这种矿石的家族,将它的样本发送给卡尔·威廉·舍勒,但舍勒没有在其中发现任何新元素。1803年,在希辛格成为一名铁匠后,他与永斯·贝采利乌斯一起回到矿物中并分离出一种新的氧化物(两年前发现的二氧化铈),他们将其命名为ceria,以矮行星谷神星命名。[26] 马丁·克拉普罗特在德国同时独立地分离了二氧化铈。[27]1839年至1843年间,瑞典外科医生兼化学家卡尔·古斯塔夫·莫桑德与贝采利乌斯证明ceria是多种氧化物的混合物。他分离出另外两种氧化物,将其命名为lanthana和didymia。[28][29][30]他通过在空气中焙烧来部分分解硝酸铈样品,然后用稀硝酸处理生成的氧化物。形成这些氧化物的金属因此被命名为lanthanum(镧)和didymium。[31]虽然镧被证明是一种纯元素,但didymium不是,而是所有稳定的早期镧系元素(从镨到铕)的混合物。这正如马克·德拉方丹在光谱分析后所怀疑的那样,尽管他没有时间将其分离为组成元素。钐和铕仅在1879年被保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰移除,直到1885年卡尔·奥尔·冯·威尔斯巴赫才将didymium分离成镨和钕。[32]由于钕在didymium中的比例比镨更大,因此它保留了旧名称并消除了歧义,而镨以其盐的韭葱绿色来区分(希腊语 πρασιος,意为韭菜绿)。[33]早在1882年,博胡斯拉夫·布劳纳就已经提出了didymium的复合性质,但没有通过实验进行分离。[34]
镨在自然界中存在于独居石和氟碳铈矿中,可以用离子交换法提取,在混合稀土金属中,大约有5%的镨。
镨 | |
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危险性 | |
GHS危险性符号![]() | |
GHS提示词 | Danger |
H-术语 | H250 |
P-术语 | P222, P231, P422[35] |
NFPA 704 |
![]() 4
0
4
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若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。 |
早期镧系元素对于生活在火山泥巴池的嗜甲烷细菌,像是Methylacidiphilum fumariolicum是必要的。镧、铈、镨和钕的用处都是等效的。[36] 镨在其它生物中没有用处,但毒性也不是很高。将稀土静脉注射到动物体内会损害肝功能,但人类吸入稀土氧化物的主要副作用来自放射性的钍和铀杂质。[20]
Greenwood1229
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