Prazeodijum

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Prazeodijum
Opšta svojstva
Ime, simbolprazeodijum, Pr
Izgledsivkasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Pr
↓
Pa
cerijum ← prazeodijum → neodijum ‍
Atomski broj (Z)59
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 6
Blokf-blok
Kategorija  lantanoid
Rel. at. masa (Ar)140,90766(2)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 21, 8, 2
Fizička svojstva
Agregatno stanječvrsto
Tačka topljenja1208 K ​(935 °‍C, ​1715 °F)
Tačka ključanja3403[2] K ​(3130 °‍C, ​5666 °F)
Gustina pri s.t.6,77[3][4] g/cm3
tečno st., na t.t.6,50 g/cm3
Toplota fuzije6,89 kJ/mol
Toplota isparavanja331 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet27,20 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1771 1973 (2227)
P (Pa) 103 104 105
na T (K) (2571) (3054) (3779)
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,13
Energije jonizacije1: 527 kJ/mol
2: 1020 kJ/mol
3: 2086 kJ/mol
Atomski radijus182 pm
Kovalentni radijus203±7 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​dupla zbijena heksagonalna
(dHCP)
Dupla zbijena heksagonalna (dHCP) kristalna struktura za prazeodijum
Brzina zvuka tanak štap2280 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenjeα, poli: 6,7 µm/(m·K) (na s.t.)
Topl. vodljivost12,5 W/(m·K)
Električna otpornostα, poli: 0,700 µΩ·m (na s.t.)
Magnetni rasporedparamagnetičan[5]
Magnetna susceptibilnost (χmol)+5010,0·10−6 cm3/mol(293 K)[6]
Jangov modulα form: 37,3 GPa
Modul smicanjaα form: 14,8 GPa
Modul stišljivostiα form: 28,8 GPa
Poasonov koeficijentα form: 0,281
Vikersova tvrdoća250–745 MPa
Brinelova tvrdoća250–640 MPa
CAS broj7440-10-0
Istorija
OtkrićeKarl Auer (1885)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
141Pr 100% stabilni
142Pr syn 19,12 h β− 142Nd
ε 142Ce
143Pr syn 13,57 d β− 143Nd
reference • Vikipodaci

Prazeodijum (Pr, lat. praseodymium), je hemijski elemenat iz grupe lantanoida.[7][8] Ime je dobio od grčkih reči πρασιoς (prasios) i διδυμoς (didymos) koje zajedno imaju značenje „zeleni blizanac“.

Prazeodijum je zastupljen u Zemljinoj kori u količini od 9,5 ppm (engl. parts per million).[9] Najvažniji minerali prazeodijuma su: monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO4 i (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO3F

Istorija[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum

Godine 1751. švedski mineralog Aksel Kronstedt otkrio je jedan teški mineral u rudniku kod Bastnasa, kasnije nazvan cerit. Trideset godina kasnije, petnaestogodišnji dečak Vilhelm Hisinger, čija porodica je bila vlasnik rudnika, poslao je uzorak tog minerala hemičaru Karlu Vilhelmu Šelu, koji nije pronašao ni jedan novi element u tom mineralu. Godine 1803. nakon što je Hisiger odrastao i postao metalurg, vratio je mineral Bercelijusu koji je iz njega izolovao novi oksid, davši mu naziv cerija, prema patuljastoj planeti Cereri, otkrivenoj dve godine ranije.[10] Retku zemlju ceriju istovremeno i nezavisno od njega izolovao je i Martin Hajnrih Klaprot u Nemačkoj.[11] Između 1839. i 1843. švedski hirurg i hemičar Karl Gustaf Mosander dokazao je da je cerija smeša određenih oksida. On je razdvojio još dva oksida iz nje, te ih nazvao lantana i didima.[12]

Per Teodor Kliv je 1874. primetio da se kod didima radi zapravo o dva elementa. Iz didima, koji je dobio iz minerala samarskita, Lekok de Buabodran je 1879. izdvojio element samarijum. Godine 1885. Karlu Aueru je uspelo da razdvoji didim na elemente prazeodijum i neodijum, koji grade soli različitih boja.[13]

Osobine[uredi | uredi izvor]

Kristalna struktura prazeodijuma

Fizičke osobine[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum je duktilni metal čija se tvrdoća može uporediti sa srebrom.[14] Njegovih 59 elektrona je organizovano u konfiguraciju [Xe]4f36s2. Teoretski, svih pet spoljašnjih elektrona bi se moglo ponašati kao valentni elektroni, međutim da bi svih pet bili valentni potrebni su ekstremni uslovi. Obično, prazeodijum daje do tri, a retko četiri elektrona u svojim jedinjenjima. On je prvi među lantanoidima sa elektronskom konfiguracijom koja odgovara Aufbau principu, koji predviđa da 4f orbitale imaju niže energetske nivoe od 5d orbitala. Ova pojava se javlja kod lantana i cerijuma, jer se nagla kontrakcija 4f orbitala ne javlja se sve do nakon lantana, a kod cerijuma nije dovoljno snažna da bi sprečila zauzimanje 5d podljuske. Ipak, prazeodijum u čvrstom stanju ima konfiguraciju [Xe]4f25d16s2, sa jednim elektronom u 5d podljusci kao i svi ostali trovalentni lantanoidi (svi osim evropijuma i iterbijuma, koji su dvovalentni u metalnom stanju).

Prazeodijum je meki, srebreno-sjajni paramagnetični metal, koji spada u lantanoide i metale retkih zemalja. Izložen vazduhu, nešto više je otporan na oksidaciju (koroziju) od evropijuma, lantana ili cerijuma, ali se prekriva bledo zelenim slojem oksida koji se ljušti. Pri temperaturi od 798°C prelazi iz heksagonalne strukture α-Pr u kubnu prostorno-centriranu β-Pr strukturu.

Hemijske osobine[uredi | uredi izvor]

Pri visokim temperaturama, prazeodijum gori dajući seskvioksid Pr2O3. Sa vodom reaguje gradeći prazeodijum hidroksid (Pr(OH)3) istiskajući iz nje vodonik. U svojim jedinjenjima, on se nalazi u tro- i četvorovalentnom stanju, pri čemu se trovalentni oksidacioni broj javlja mnogo češće. Joni Pr(III) su zeleno-žuti, dok su joni Pr(IV) bez boje. Pod posebnim reduktivnim uslovima može se dobiti i dvovalentni prazeodijum npr. u prazeodijum(II,III) jodidu (Pr2I5).

Metal prazeodijum polako potamni na vazduhu, formirajući ljuskavi oksidni sloj poput gvozdene rđe; uzorak prazeodijuma veličine jednog centimetra potpuno korodira za oko godinu dana.[15] On lako sagoreva na 150  °C formirajući prazeodijum(III,IV) oksid, nestehiometrijsko jedinjenje približne kompozicije Pr6O11:[16]

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11

Ono se može redukovati do prazeodijum(III) oksida (Pr2O3) pomoću vodoničnog gasa.[17] Tamno obojeni prazeodijum(IV) oksid, PrO2, predstavlja u najvećoj meri oksidovani produkat sagorevanja prazeodijuma i nastaje jedino reakcijom prazeodijuma sa čistim kiseonikom na 400  °C i 282 bar.[17] Reaktivnost prazeodijuma je u skladu sa periodnim trendovima, jer je jedan od prvih i stoga jedan od najvećih lantanida.[18] Na 1000  °C, mnogi prazeodijumski oksidi sa kompozicijom PrO2−x postoje kao neuređene, nestehiometrijske faze sa 0 < x < 0.25, ali pri 400–700  °C oksidni defekti postaju uređeni, kreirajući faze sa hemijskom formulom PrnO2n−2 sa n = 4, 7, 9, 10, 11, 12, i ∞. Ove faze PrOy se ponekad obeležavaju α i β′ (nestehiometrijske), β (y = 1.833), δ (1.818), ε (1.8), ζ (1.778), ι (1.714), θ, i σ.[19]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum u prirodi se sastoji samo iz jednog stabilnog izotopa 141Pr.[20] Osim njega, poznato je još 38 drugih radioaktivnih izotopa, pri čemu su izotopi 143Pr i 142Pr sa vremenima poluraspada od 13,57 dana i 19,12 sati, najduže živući. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 6 sati, a većina od njih čak i manje od 33 sekunde. Takođe postoji šest nuklearnih izomera od kojih su najstabilniji 138mPr (t½ 2,12 sati), 142mPr (t½ 14,6 minuta) i 134mPr (t½ 11 minuta).

Izotopi se kreću u pogledu atomskih masa između 120,955 (121Pr) i 158,955 (159Pr).

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum se u prirodnom obliku javlja samo u svojim jedinjenjima, najčešće zajedno sa drugim lantanoidima, odnosno mineralima:

Njegova količina u zemljištu kreće se između 1 i 15 ppm (eng. part per million) odnosno od 0,0001% do 0,0015%. Njegov udeo u morskoj vodi iznosi 1 ppt (eng. part per trillion) odnosno 1 • 10-10%. Prazeodijuma u atmosferi gotovo da i nema.[10] Svetske rezerve prazeodijuma se procenjuju na oko 4 miliona tona.

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Kao i kod svih drugih lantanoida, prvo se ruda obogaćuje flotacijom, zatim se metali prevode u odgovarajuće halogenide, te se zatim razdvajaju raznim tehnikama kao što su frakciona kristalizacija, jonsko-izmenjivačka tehnika ili ekstrakcija.

Metalni prazeodijum se dobija elektrolizom rastvoreni soli ili redukcijom sa kalcijumom.

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum se koristi u legurama sa magnezijumom za proizvodnju vrlo čvrstih materijala za avionske motore. Legure sa kobaltom i željezom su vrlo snažni stalni magneti. Jedinjenja prazeodijuma se koriste u industriji stakla i emajla za njihovo bojenje (na primer kod zeleno obojenih reflektorskih stakala za osvetljavanje). Njegova jedinjenja takođe poboljšavaju apsorpciju ultraljubičastog zračenja, što se koristi za izradu zaštitnih stakala za oči pri zavarivanju.

Jedinjenja[uredi | uredi izvor]

Oksidi[uredi | uredi izvor]

Halogenidi[uredi | uredi izvor]

Poznat je veći broj halogenida raznih oksidacijskih stanja, na primer prazeodijum(III) fluorid (PrF3), prazeodijum(IV) fluorid (PrF4), prazeodijum(III) hlorid (PrCl3), prazeodijum(III) bromid (PrBr3), prazeodijum(III) jodid (PrI3), prazeodijum(II,III) jodid (Pr2I5) i drugi. Trovalentni halogenidi grade različite hidrate.

Osim toga, postoje i mnogi fluoridni kompleksi kao što je K2[PrF6] gde je Pr četvorovalentan.

Druga jedinjenja[uredi | uredi izvor]

Binarna jedinjenja prazeodijuma su npr. prazeodijum(III) sulfid (Pr2S3), prazeodijum nitrid (PrN) i prazeodijum fosfid (PrP).

Pored toga, prazeodijum je prisutan i u raznim solima, kao što je higroskopni prazeodijum(III) nitrat (Pr(NO3)3 · x H2O), te lepo kristalisani prazeodijum(III) sulfat (Pr2(SO4)3 · 8 H2O).

  • Prazeodijum(III) sulfat oktahidrat
    Prazeodijum(III) sulfat oktahidrat
  • Prazeodijum(III) hlorid heptahidrat
    Prazeodijum(III) hlorid heptahidrat

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Zhang, Yiming; Julian R. G. Evans; Shoufeng Yang (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. Journal of Chemical & Engineering Data. 56: 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
  3. ^ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2, arhivirano sa originala 8. januara 2016.
  4. ^ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013, pristupljeno 7. oktobra 2017.
  5. ^ Jackson, M. (2000). „Magnetism of Rare Earth” (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1. Arhivirano iz originala (PDF) 12. 07. 2017. g. Pristupljeno 25. 05. 2019. 
  6. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4. 
  7. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  8. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  9. ^ Binder, Harry H. der chemischen Elemente (1999). Lexikon. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 978-3-7776-0736-8. 
  10. ^ a b John, Emsley (2011). Nature's Building Blocks. Oxford University Press. str. 120—125. ISBN 9780198503408. 
  11. ^ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1988). Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 1424—1579. ISBN 978-3-527-26169-7. 
  12. ^ Weeks Mary Elvira (1932). „The Discovery of the Elements: XI. Some Elements Isolated with the Aid of Potassium and Sodium:Zirconium, Titanium, Cerium and Thorium”. The Journal of Chemical Education. 9 (7): 1231—1243. Bibcode:1932JChEd...9.1231W. doi:10.1021/ed009p1231. 
  13. ^ Carl Auer v. Welsbach (1885). „Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie. 6 (1): 477—491. doi:10.1007/BF01554643. 
  14. ^ Weast, Robert C. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). str. E—129 — E—145. ISBN 978-0-8493-0470-5. 
  15. ^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Pristupljeno 8. 8. 2009. 
  16. ^ „Chemical reactions of Praseodymium”. Webelements. Pristupljeno 9. 7. 2016. 
  17. ^ a b Greenwood and Earnshaw, pp. 1238–9
  18. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 1235–8
  19. ^ Greenwood and Earnshaw, pp. 643–4
  20. ^ Cameron, A. G. W. (1973). „Abundance of the Elements in the Solar System” (PDF). Space Science Reviews. 15 (1): 121—146. Bibcode:1973SSRv...15..121C. doi:10.1007/BF00172440. Arhivirano iz originala (PDF) 21. 10. 2011. g. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • John, Emsley (2011). Nature's Building Blocks. Oxford University Press. str. 120—125. ISBN 9780198503408. 

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Prazeodijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Празеодијум&oldid=27734525”