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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。

镨 ₅₉Pr

氢（非金属）

氦（惰性气体）

锂（碱金属）

铍（碱土金属）

硼（类金属）

碳（非金属）

氮（非金属）

氧（非金属）

氟（卤素）

氖（惰性气体）

钠（碱金属）

镁（碱土金属）

铝（贫金属）

硅（类金属）

磷（非金属）

硫（非金属）

氯（卤素）

氩（惰性气体）

钾（碱金属）

钙（碱土金属）

钪（过渡金属）

钛（过渡金属）

钒（过渡金属）

铬（过渡金属）

锰（过渡金属）

铁（过渡金属）

钴（过渡金属）

镍（过渡金属）

铜（过渡金属）

锌（过渡金属）

镓（贫金属）

锗（类金属）

砷（类金属）

硒（非金属）

溴（卤素）

氪（惰性气体）

铷（碱金属）

锶（碱土金属）

钇（过渡金属）

锆（过渡金属）

铌（过渡金属）

钼（过渡金属）

锝（过渡金属）

钌（过渡金属）

铑（过渡金属）

钯（过渡金属）

银（过渡金属）

镉（过渡金属）

铟（贫金属）

锡（贫金属）

锑（类金属）

碲（类金属）

碘（卤素）

氙（惰性气体）

铯（碱金属）

钡（碱土金属）

镧（镧系元素）

铈（镧系元素）

镨（镧系元素）

钕（镧系元素）

钷（镧系元素）

钐（镧系元素）

铕（镧系元素）

钆（镧系元素）

铽（镧系元素）

镝（镧系元素）

钬（镧系元素）

铒（镧系元素）

铥（镧系元素）

镱（镧系元素）

镏（镧系元素）

铪（过渡金属）

钽（过渡金属）

钨（过渡金属）

铼（过渡金属）

锇（过渡金属）

铱（过渡金属）

铂（过渡金属）

金（过渡金属）

汞（过渡金属）

铊（贫金属）

铅（贫金属）

铋（贫金属）

钋（贫金属）

砈（类金属）

氡（惰性气体）

钫（碱金属）

镭（碱土金属）

锕（锕系元素）

钍（锕系元素）

镤（锕系元素）

铀（锕系元素）

镎（锕系元素）

钚（锕系元素）

镅（锕系元素）

锔（锕系元素）

锫（锕系元素）

锎（锕系元素）

锿（锕系元素）

镄（锕系元素）

钔（锕系元素）

锘（锕系元素）

铹（锕系元素）

𬬻（过渡金属）

𬭊（过渡金属）

𬭳（过渡金属）

𬭛（过渡金属）

𬭶（过渡金属）

鿏（预测为过渡金属）

𫟼（预测为过渡金属）

𬬭（预测为过渡金属）

鿔（过渡金属）

鿭（预测为贫金属）

𫓧（贫金属）

镆（预测为贫金属）

𫟷（预测为贫金属）

鿬（预测为卤素）

鿫（预测为惰性气体）

–
↑
镨
↓
镤

铈 ← 镨 → 钕

外观

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

压/Pa	1	10	100	1 k	10 k	100 k
温/K	1771	1973	(2227)	(2571)	(3054)	(3779)

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

第三：2086 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

同位素	丰度	半衰期 (t_1/2)	衰变
同位素	丰度	半衰期 (t_1/2)	方式	能量（MeV）	产物
¹⁴¹Pr	100%	稳定，带82个中子
¹⁴²Pr	syn	19.12 h	β⁻	2.162	¹⁴²Nd
¹⁴²Pr	syn	19.12 h	ε	0.745	¹⁴²Ce
¹⁴³Pr	syn	13.57 d	β⁻	0.934	¹⁴³Nd

性质

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。

物理性质

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]

化学性质

金属镨在空气中慢慢失去光泽，形成像铁锈一样散裂（英语：Spallation）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（英语：chartreuse (color)） 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]

同位素

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 (t_½ 2.12 小时)， ^142mPr (t_½ 14.6 分) 和^134mPr (t_½ 11 分)。

应用

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（英语：Mischmetal）和铁铈合金（英语：Ferrocerium））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]

镨可以和另一种稀土元素——钕混合，制造以强度和耐用性着称的高功率磁铁。 ^[21]一般来说，大多数的铈族稀土合金（镧到钐）与第一过渡系的过渡金属的合金可提供极其稳定的磁体，通常用于小型设备，如电机、打印机、手表、耳机、扬声器和磁储存。^[20]
镨和镍的合金 (PrNi₅)有很强的磁冷却性（英语：Magnetic refrigeration#The magnetocaloric effect），可以让科学家们达到 0.001 K的极低温。^[22]
和镁一起用于制造飞机引擎的合金中；^[23]^[24]
用于碳弧光照明的碳芯中，用于电影行业工作室和图像投影仪（英语：projector）的照明；^[22]
镨的氧化物用于为玻璃或珐琅添加黄色；^[5]^[20]
镨的化合物也用作催化剂；.^[25]
镨钕混合物可以用于制造电焊和玻璃制造使用的护目镜。^[5]

历史

卡尔·奥尔·冯·威尔斯巴赫（英语：Carl Auer von Welsbach） (1858–1929) 在1885年发现了镨

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（英语：Bastnäs）的矿山中发现了一种重矿物，后来命名为铈硅石（英语：cerite）。三十年后，15岁的威廉·希辛格（英语：Wilhelm Hisinger）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（英语：Carl Gustaf Mosander）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（英语：Carl Auer von Welsbach）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（英语：Bohuslav Brauner）就已经提出了didymium的复合性质，但没有通过实验进行分离。^[34]

自然界存在状态

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。

生物用途和注意事项

镨

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
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（英语：mudpot）的嗜甲烷（英语：methanotrophic）细菌，像是Methylacidiphilum fumariolicum（英语：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]

参考资料

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参见：
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- (Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," Philosophical Magazine, new series, 14 : 390–391.
^ Fontani, Marco; Costa, Mariagrazia; Orna, Virginia. The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. 2014: 122–123. ISBN 978-0-19-938334-4.
^ 引用错误：没有为名为Greenwood1229的参考文献提供内容
^ Fontani, Marco; Costa, Mariagrazia; Orna, Virginia. The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. 2014: 40. ISBN 978-0-19-938334-4.
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外部链接

元素镨在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
EnvironmentalChemistry.com —— 镨（英文）
元素镨在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
元素镨在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
WebElements.com – 镨（英文）

关于镨金属的图像和更多详细信息（德文）