Praseodym

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Praseodym, Pr, 59
Elementkategorie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß,
gelblicher Farbton
CAS-Nummer

7440-10-0

EG-Nummer 231-120-3
ECHA-InfoCard 100.028.291
Massenanteil an der Erdhülle 5,2 ppm (49. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse 140,90766(1)[3] u
Atomradius (berechnet) 185 (247) pm
Kovalenter Radius 203 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f3 6s2
1. Ionisierungsenergie 5.4702(4) eV[4] ≈ 527.79 kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 10.631(20) eV[4] ≈ 1025.7 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 21.6237(25) eV[4] ≈ 2086.37 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 38.981(25) eV[4] ≈ 3761.1 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 57.53(5) eV[4] ≈ 5550 kJ/mol[5]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 6,475 g/cm3 (25 °C)[6]
Magnetismus paramagnetisch (χかいm = 2,9 · 10−3)[7]
Schmelzpunkt 1208 K (935 °C)
Siedepunkt 3403 K[8] (3130 °C)
Molares Volumen 20,80 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 331 kJ/mol[8]
Schmelzenthalpie 6,9 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 2280 m·s−1 bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,43 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 13 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände +2, +3, +4
Normalpotential −2,35 V (Pr3+ + 3 e− → Pr)
Elektronegativität 1,13 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
137Pr {syn.} 1,28 h εいぷしろん 2,702 137Ce
138Pr {syn.} 1,45 min εいぷしろん 4,437 138Ce
139Pr {syn.} 4,41 h εいぷしろん 2,129 139Ce
140Pr {syn.} 3,39 min εいぷしろん 3,388 140Ce
141Pr 100 % Stabil
142Pr {syn.} 19,12 h βべーた− 2,162 142Nd
εいぷしろん 0,745 142Ce
143Pr {syn.} 13,57 d βべーた− 0,934 143Nd
144Pr {syn.} 17,28 min βべーた− 2,997 144Nd
145Pr {syn.} 5,984 h βべーた− 1,805 145Nd
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin-
Quanten-
zahl I 		γがんま in
rad·T−1·s−1 		Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
141Pr 5/2 8,1397 · 107 30,062
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[9]

Pulver

Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 250
P: 222​‐​231​‐​422[9]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Praseodym ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pr und der Ordnungszahl 59. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Von der Grünfärbung seiner Verbindungen kommt auch der Name: das griechische Wort πράσινος prásinos bedeutet „grün“, δίδυμος didymos „doppelt“ oder „Zwilling“.

Geschichte

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Praseodym

1841 extrahierte Carl Gustav Mosander die Seltene Erde Didym aus Lanthanoxid. 1874 bemerkte Per Teodor Cleve, dass es sich bei Didym eigentlich um zwei Elemente handelte. Im Jahr 1879 isolierte Lecoq de Boisbaudran Samarium aus Didym, das er aus dem Mineral Samarskit gewann. 1885 gelang es Carl Auer von Welsbach, Didym in Praseodym und Neodym zu trennen, die beide Salze mit verschiedenen Farben bilden.[10]

Vorkommen

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Praseodym kommt in natürlicher Form nur in chemischen Verbindungen vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden, hauptsächlich in folgenden Mineralien vor:

Die weltweiten Reserven werden auf 4 Millionen Tonnen geschätzt.

Gewinnung und Herstellung

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Wie bei allen Lanthanoiden werden zuerst die Erze durch Flotation angereichert, danach die Metalle in entsprechende Halogenide umgewandelt und durch fraktionierte Kristallisation, Ionenaustausch oder Extraktion getrennt.

Das Metall wird durch Schmelzflusselektrolyse oder Reduktion mit Calcium gewonnen.

Eigenschaften

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Kristallstruktur des Praseodyms

Physikalische Eigenschaften

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Praseodym ist ein weiches, silberweißes paramagnetisches Metall, das zu den Lanthanoiden und Metallen der Seltenen Erden gehört. Bei 798 °C wandelt sich das hexagonale αあるふぁ-Pr in das kubisch-raumzentrierte βべーた-Pr um.

Chemische Eigenschaften

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Bei hohen Temperaturen verbrennt Praseodym zum Sesquioxid Pr2O3. Es ist in Luft etwas korrosionsbeständiger als Europium, Lanthan oder Cer, bildet aber leicht eine grüne Oxidschicht aus, die an der Luft abblättert. Mit Wasser reagiert es unter Bildung von Wasserstoff zum Praseodymhydroxid (Pr(OH)3). Praseodym tritt in seinen Verbindungen drei- und vierwertig auf, wobei die dreiwertige Oxidationszahl die häufigere ist. Pr(III)-Ionen sind gelbgrün, Pr(IV)-Ionen gelb. Unter besonderen reduktiven Bedingungen kann auch zweiwertiges Praseodym erzeugt werden, z. B. im Praseodym(II,III)-iodid (Pr2I5).

Isotope

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Natürliches Praseodym besteht nur aus dem stabilen Isotop 141Pr. 38 weitere radioaktive Isotope sind bekannt, wobei 143Pr und 142Pr mit einer Halbwertszeit von 13,57 Tagen beziehungsweise 19,12 Stunden die langlebigsten sind. Alle anderen Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als 6 Stunden, die meisten sogar weniger als 33 Sekunden. Es gibt auch 6 metastabile Zustände, wobei 138mPr (t½ 2,12 Stunden), 142mPr (t½ 14,6 Minuten) und 134mPr (t½ 11 Minuten) die stabilsten sind.

Die Isotope bewegen sich in einem Atommassenbereich von 120,955 (121Pr) bis 158,955 (159Pr).

Verwendung

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  • Praseodym wird in Legierungen mit Magnesium zur Herstellung von hochfestem Metall für Flugzeugmotoren verwendet.
  • Legierungen mit Cobalt und Eisen sind starke Dauermagnete.
  • Praseodymverbindungen werden zum Färben von Glas und Emaille verwendet (zum Beispiel in grün gefärbten Scheinwerfergläsern in der Beleuchtungstechnik).
  • Die Verbindungen verbessern auch die UV-Absorption und werden für Augenschutzgläser beim Schweißen benutzt.
  • Das Praseodym-Ion Pr3+ wird als Dotant für Lasermedien in Feststofflasern verwendet. So kommt es beispielsweise in Pr3+:LiYF4-Lasern vor.

Verbindungen

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Oxide

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Halogenide

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Bekannt sind von allen Oxidationsstufen mehrere Halogenide beispielsweise Praseodym(III)-fluorid (PrF3), Praseodym(IV)-fluorid (PrF4), Praseodym(III)-chlorid (PrCl3), Praseodym(III)-bromid (PrBr3), Praseodym(III)-iodid (PrI3), Praseodym(II,III)-iodid (Pr2I5). Die dreiwertigen Halogenide bilden verschiedene Hydrate.

Außerdem bildet es mehrere Fluoridokomplexe wie z. B. das K2[PrF6] mit vierwertigem Pr.

Andere Verbindungen

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Binäre Verbindungen sind z. B. Praseodym(III)-sulfid (Pr2S3), Praseodymnitrid (PrN), Praseodymphosphid (PrP).

Daneben ist Praseodym in diversen Salzen, wie dem hygroskopischen Praseodym(III)-nitrat (Pr(NO3)3 · x H2O), dem schön kristallisierenden Praseodym(III)-sulfat (Pr2(SO4)3 · 8 H2O) und anderen vertreten.

Eine Übersicht über Praseodymverbindungen bietet die Kategorie:Praseodymverbindung.

  • Praseodym(III)-sulfat Octahydrat
    Praseodym(III)-sulfat Octahydrat
  • Praseodym(III)-chlorid Heptahydrat
    Praseodym(III)-chlorid Heptahydrat
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Commons: Praseodym – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Praseodym – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Praseodym) entnommen.
  3. ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
  4. ↑ a b c d e Eintrag zu praseodymium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 11. Juni 2020.
  5. ↑ a b c d e Eintrag zu praseodymium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 11. Juni 2020.
  6. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  7. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. ↑ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337; doi:10.1021/je1011086.
  9. ↑ a b Datenblatt Praseodymium, powder bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. April 2017 (PDF).
  10. ↑ Carl Auer v. Welsbach: Die Zerlegung des Didyms in seine Elemente. In: Monatshefte für Chemie. 6 (1), 1885, S. 477–491; doi:10.1007/BF01554643.
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