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镨是一种金属元素,属稀土金属。元素名来源于希腊文,原意是“绿色”。晶体结构为晶胞为六方晶胞。镨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,纯镨必须在矿物油或密封塑料中保存。镨的用途之一是用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。镨像其他稀土元素一样,具有慢性低毒,不是生物必须元素。

1841年CG莫桑德尔从铈土中得到镨、钕混合物,命名为didymia。 [2]

1885年奥地利化学家威斯巴赫从氧化中分离出氧化钐后分离出新元素的氧化物,将这种新元素命名为preseodidymium,由Praseo(绿色)和didymium(钕镨混合物)组成,即“绿”,因为它的盐是绿色。这个元素的名称简化成praseodymium。译成镨,元素符号是Pr。 [3] 镨的英文名来源于希腊文prasios,原意是“绿色的孪生兄弟”。 [2] 这是因为镨和钕共生在一起,而且镨的氧化物Pr2O3为浅绿色。 [4]

镨在地壳中的含量约为5.53×10-4%,主要存在于独居石和氟碳铈矿中,核裂变产物中也含有镨。自然界存在的镨均为稳定同位素镨141。 [2]

银白色金属,质较软,有延展性。室温下镨为六方晶体结构。 [2]

自然界中镨只有一种稳定同位素,141-Pr。 但有38种放射性同位素,其中比较稳定的有143-Pr,半衰期为13.57 天;142-Pr,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138m-Pr (t½2.12 小时),142m-Pr (t&frac12:14.6 分) 和134m-Pr (t&frac12:11 分)。镨的同位素原子量从120.955 u (121-Pr)到 158.955 u (159-Pr)。稳定同位素 141-Pr如果放出β射线,会俘获电子。主要放射产物为铈的同位素铈58和钕的同位素钕60。

熔点

931℃ [2]

沸点

3520℃ [2]

密度

6.773克/厘米 [2]

晶胞参数:

a

= 367.25 pm

b

= 367.25 pm

c

= 1183.54 pmα = 90°

c

= 1183.54 pmα = 90°

β

= 90°

γ

= 120° 维氏硬度:400 MPa

声音在其中的传播速率

(m/S) 2280

电离能 (kJ /mol)

M - M+ 523.1

电离能 (kJ /mol)

M+ - M2+ 1018

电离能 (kJ /mol)

M2+ - M3+ 2086

电离能 (kJ /mol)

M3+ - M4+ 3761

电离能 (kJ /mol)

M4+ - M5+ 5543

自然界含量:

元素在太阳中的含量(ppm)

0.001

元素在海水中的含量(ppm)太平洋表面

0.00000044

地壳中含量(ppm)

9.5

元素符号Pr,属周期系ⅢB族,稀土元素,镧系元素。 [2]

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,镨在空气中缓慢形成绿色易碎氧化物层;镨通常以三价氧化态存在,也以4价形式存在。

CAS号

7440-10-0

原子量

140.907.65 [2]

原子序数

59 [2]

原子体积(立方厘米/摩尔)

20.8

氧化态

K-L-M-N-O-P

外围电子层排布

4f3 6s2

镨的化合物

氟化物;PrF2;PrF3;PrF4

氯化物

PrCl3

溴化物

PrBr3、Pr2Br5

碘化物

PrI2、PrI3、Pr2I5

氧化物

PrO2、Pr2O3

硒化物

PrSe

碲化物

PrTe、Pr2Te3

氮化物

PrN

镨在石油化工方面可用作催化剂。 [2]

镨作为用量较大的稀土元素,很大一部分是以混合稀土的形式被利用,比如用作金属材料的净化变质剂、化工催化剂、农用稀土等等。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。作为塑料改性添加剂,在聚四氟乙烯(PTFE)中加入镨钕富集物,可明显提高PTFE的耐磨性能。 [7]

稀土永磁材料是当今最热门的稀土应用领域。镨单独用作永磁材料性能并不突出,但它却是一个能改善磁性能的优秀协同元素。无论是第一代稀土永磁材料钐钴永磁合金,还是第三代稀土永磁材料钕铁硼,加入适量的镨都能有效地提高和改善永磁材料性能。如在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高永磁材料的磁能积,两者的比例一般为80%Sm20%Pr,若镨加入过多反而会降低材料的矫顽力和稳定性。在第三代稀土永磁材料钕铁硼中,添加镨可以提高材料的矫顽力,德国、日本等国在生产高矫顽力钕铁硼磁体时,均加入部分镨。镨的加入量为5%~8%,最高达10%,可取代1/3的钕。磁性材料对镨质量要求较高,至少应达到钕的同等质量。加入镨还能提高磁体抗氧化性能(耐空气腐蚀)和机械性能,已被广泛应用于各类电子器件和马达上。 [7]

镨还可用于研磨和抛光材料。纯铈基抛光粉通常为淡黄色,是光学玻璃的优质抛光材料,已取代抛光效率低又污染生产环境的氧化铁红粉。氧化钕对抛光作用不大,但镨却有良好的抛光性能。含镨的稀土抛光粉会呈红褐色,也被称作红粉,但这种红不是氧化铁红,而是由于含有氧化镨使稀土抛光粉颜色变深。镨还被用新型磨削材料,制成含镨刚玉砂轮。与白刚玉相比,在磨削碳素结构钢、不锈钢、高温合金时,效率和耐用性可提高30%以上。为了降低成本,过去多用镨钕富集物为原料,故称镨钕刚玉砂轮。 [7]

镨在光纤领域的用途也越来越广,已开发出在1300~1360nm谱区起放大作用的掺镨光纤放大器(PDFA),技术日趋成熟。PDFA以其优异的性能价格比,对中国当前大量铺设的1550nm的CATV系统光纤有线电视的兴建改造与系统升级有着重大的实际意义。PDFA将从根本上改变现有的1550nmCATV的网络格局,使1310nmCATV系统在HFC系统改造中成为替代1550nm系统的理想选择。 [7]

工业上用溶剂萃取法和离子交换法从处理氟碳铈矿或独居石得到的混合稀土溶液中分离和提纯镨。金属镨用钙还原镨的氟化物或氯化物来制取。 [2]

镧、铈、镨、钕等轻稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。 [8]

常由水合氯化镨PrCl3XH2O经脱水后用金属钙还原,或由无水氯化镨经熔融后电解而制得。

镨具有低毒性,接触时应注意安全防护。 [2] 纯镨必须在矿物油或密封塑料中保存。

像其他稀土元素一样,镨具有慢性低毒,不是生物必须元素。


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