Praseodym

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“.

Eigenschaften
[Xe] 4f3 6s2 59Pr Periodensystem
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[6]
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	6,475 g/cm3 (25 °C)[7]
Magnetismus	paramagnetisch (χm = 2,9 · 10−3)[8]
Schmelzpunkt	1208 K (935 °C)
Siedepunkt	3403 K[9] (3130 °C)
Molares Volumen	20,80 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	331 kJ/mol[9]
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[10]
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 2,702 137Ce 138Pr {syn.} 1,45 min ε 4,437 138Ce 139Pr {syn.} 4,41 h ε 2,129 139Ce 140Pr {syn.} 3,39 min ε 3,388 140Ce 141Pr 100 % Stabil 142Pr {syn.} 19,12 h β− 2,162 142Nd ε 0,745 142Ce 143Pr {syn.} 13,57 d β− 0,934 143Nd 144Pr {syn.} 17,28 min β− 2,997 144Nd 145Pr {syn.} 5,984 h β− 1,805 145Nd
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Kernspin γ 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[11] Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 250 P: 222​‐​231​‐​422[11]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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.^[12]

Vorkommen

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

Cerit Monazit Bastnäsit

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.

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

Eigenschaften

Kristallstruktur des Praseodyms

Physikalische Eigenschaften

Praseodym ist ein weiches, silberweißes paramagnetisches Metall, das 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 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

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.
• Das Praseodym-Ion Pr³⁺ wird als Dotant für Lasermedien in Feststofflasern verwendet. So kommt es beispielsweise in Pr³⁺:LiYF₄-Lasern vor.

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.

Eine Übersicht über Praseodymverbindungen bietet die Kategorie:Praseodymverbindung.

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

Weblinks

Commons: Praseodym – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Praseodym – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag zu Praseodym. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
• Metallisch blankes Praseodym