Praseodym

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Praseodym, Pr, 59
Serie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	silbrig weiß,; gelblicher Farbton
CAS-Nummer	7440-10-0
Massenanteil an der Erdhülle	5,2 ppm
Atomar
Atommasse	140,90766(2) u
Atomradius (berechnet)	185 (247) pm
Kovalenter Radius	203 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f3 6s2
1. Ionisierungsenergie	527 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1020 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2086 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	3761 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	6,475 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus	paramagnetisch (Χm = 2,9 · 10−3)
Schmelzpunkt	1208 K (935 °C)
Siedepunkt	3403 K (3130 °C)
Molares Volumen	20,80 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	331 kJ/mol
Schmelzwärme	6,9 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	2280 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit	1,43 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	13 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3, 4, 2
Normalpotential	−2,35 V; (Pr3+ + 3 e− → Pr)
Elektronegativität	1,13 (Pauling-Skala)
Isotope
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Pulver Gefahr
H- und P-Sätze	H: 250
	P: 222‐231‐422
	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

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.^[9]

Vorkommen

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

Cerit
Monazit
Bastnäsit
Mischmetall enthält 3–5 % Praseodym.

Die weltweiten Reserven werden auf 4 Millionen Tonnen geschätzt.

Gewinnung und Herstellung

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.

\mathrm {2\ PrF_{3}\ +\ 3\ Ca\ \longrightarrow \ 2\ Pr\ +\ 3\ CaF_{2}}

Eigenschaften

Kristallstruktur des Praseodyms

Physikalische Eigenschaften

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

Chemische Eigenschaften

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 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 realisiert werden, z. B. im Praseodym(II,III)-iodid (Pr₂I₅).

Isotope

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 (t_½ 2,12 Stunden), ^142mPr (t_½ 14,6 Minuten) und ^134mPr (t_½ 11 Minuten) die stabilsten sind.

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

Verwendung

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.

Verbindungen

Oxide

grünes Praseodym(III)-oxid (Pr₂O₃)
braun-schwarzes Praseodym(III,IV)-oxid (Pr₆O₁₁)
fast schwarzes Praseodym(IV)-oxid (PrO₂)

Halogenide

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

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.

Praseodym(III)-sulfat Octahydrat
Praseodym(III)-chlorid Heptahydrat

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Praseodym) entnommen.
↑ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2 (Memento vom 3. März 2016 im Internet Archive).
↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
↑ 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.
↑ ^7,0 ^7,1 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.
↑ ^8,0 ^8,1 Datenblatt Praseodymium, powder bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. April 2017 (PDF).
↑ 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.