Praseodimi

element químic amb nombre atòmic 59

El praseodimi és un element químic , el símbol del qual és Pr i el seu nombre atòmic és 59. Pertany al 6è període de la taula periòdica; a la sèrie dels lantanoides; i, amb aquests, al conjunt de les terres rares. És un metall mal·leable, dúctil i tou, amb una aparença platejada i sòlid a temperatura ambient. Fou descobert el 1885 per Carl Auer von Welsbach. El nom ve del grec πράσινος, prasinos, que vol dir verd, i δίδυμος, didymos, que vol dir bessó. Té aquest nom a causa de la coloració verda del seu òxid. S'empra per a fabricar vidres que filtren la llum ultraviolada, imants i en aliatges

Praseodimi
59Pr
ceripraseodimineodimi
-

Pr

Pa
Aspecte
Blanc grisós



Línies espectrals del praseodimi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Praseodimi, Pr, 59
Categoria d'elements Lantànids
Grup, període, bloc n/d6, f
Pes atòmic estàndard 140,90765
Configuració electrònica [Xe] 4f3 6s2
2, 8, 18, 21, 8, 2
Configuració electrònica de Praseodimi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
6,77 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
6,50 g·cm−3
Punt de fusió 1.208 K, 935 °C
Punt d'ebullició 3.793 K, 3.520 °C
Entalpia de fusió 6,89 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 331 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 27,20 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.771 1.973 (2.227) (2.571) (3.054) (3.779)
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 4, 3, 2 (òxid bàsic feble)
Electronegativitat 1,13 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 527 kJ·mol−1
2a: 1.020 kJ·mol−1
3a: 2.086 kJ·mol−1
Radi atòmic 182 pm
Radi covalent 203±7 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Praseodimi té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Paramagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (t, a,) (α. poli)
0,700 µΩ·m
Conductivitat tèrmica 12,5 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (t, a,) (α. poli) 6,7 µm/(m·K)
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 2.280 m·s−1
Mòdul d'elasticitat (forma α) 37,3 GPa
Mòdul de cisallament (forma α) 14,8 GPa
Mòdul de compressibilitat (forma α) 28,8 GPa
Coeficient de Poisson (forma α) 0,281
Duresa de Vickers 400 MPa
Duresa de Brinell 481 MPa
Nombre CAS 7440-10-0
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del praseodimi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
141Pr 100% 141Pr és estable amb 82 neutrons
142Pr sin 19,12 h β 2,162 142Nd
ε 0,745 142Ce
143Pr sin 13,57 d β 0,934 143Nd

HistòriaModifica

L'any 1841, el químic suec Carl Gustav Mosander obtingué del ceri el lantani. Però en aquesta extracció també detectà un residu, el qual anomenà didimi (del grec δίδυμος, didymos, bessó). Més tard, l'any 1885, el químic austríac Carl Auer von Welsbach aconseguí separar el didimi en dos altres elements: el neodimi (del grec νέος, neos, nou, i δίδυμος, didymos, bessó) i el praseodimi (del grec πράσινος, prasinos, verd, i δίδυμος, didymos, bessó).

A finals del 1920, Leo Moser (fill del fundador de Moser Glassworks) investigà l'ús del praseodimi en la coloració de vidres. El resultat fou un vidre verd-groguenc, que anomenà Prasemit. Però la mateixa coloració es podia obtenir amb altres mètodes molt més barats del que costava el praseodimi en aquella època, cosa que aturà la seva producció. Moser també combinà praseodimi i neodimi per obtenir un vidre que anomenà Heliolit. Aquest vidre filtra la llum groga intensa i protegeix dels raigs UVA, fent que siguin ideals, per exemple, en una forja.[2]

El praseodimi fou preparat relativament pur el 1931[3] i completament pur fou el 1951 per F.H. Spedding a l'Ames Laboratory Iowa, EUA, a partir d'òxid de praseodimi impur que el fe reaccionar amb fluorur d'hidrogen a 700 ºC per obtenir  , que reduït a elevades temperatures amb calci dóna lloc a praseodimi metàl·lic de molt alta puresa.[4]

Estat natural i obtencióModifica

És un dels lantanoides més abundants, essent quatre vegades més abundant que l'estany. Ocupa la posició 39a per abundància amb una concentració mitjana de 9,5 ppm.[3] El metall representa un 0,0008 % del pes del sòl terrestre, i només un 0,000 000 000 1 % del pes d'aigua salada en la Terra. No hi ha gairebé praseodimi en l'atmosfera.[5] Se'l pot trobar en vàries desenes de minerals en proporcions baixes. Els minerals que el contenen en més d'un 3 % són: paratooïta-(La) 6,89 %, kozoïta-(Nd) 6,87 %, wakefieldita-(La) 6,11 %, fergusonita-beta-(Nd) 4,94 %, fergusonita-beta-(Ce) 4,88 %, kozoïta-(La) 3,69 %, fluorbritholita-(Ce) 3,11 % i aluminocerita-(Ce) 3,10 %.[6]

S'extreu dels minerals del grup de la monazita i del grup de la bastnäsita. Malgrat el praseodimi hi és present en proporcions molt baixes, s'obté juntament amb d'altres lantanoides, per la qual cosa és un procés rendible. S'ha calculat que existeixen reserves de praseodimi que superen les 2 milions de tones i la producció anual mundial de l'òxid és de 2 500 tones. Els jaciments més important es troben a la Xina, EUA, Brasil, Índia, Sri Lanka i Austràlia.[3]

Aquest element se separa comercialment i es purifica mitjançant tècniques d’extracció líquid-líquid i de bescanvi d'ions. El metall es prepara mitjançant electròlisi d’halogenurs anhidres fusionats o mitjançant la reducció metalotèrmica del fluorur o del clorur amb calci.

 

PropietatsModifica

Propietats físiquesModifica

El praseodimi és un metall tou, mal·leable i dúctil. La seva densitat és de 6,773 g/cm³, el seu punt de fusió 931 °C i el punt d'ebullició 3 520 °C.[7]

La configuració electrònica del praseodimi és [Xe]4f 36s2. Existeix de dues formes al·lotròpiques. La fase α és doble empaquetatge hexagonal a temperatura ambient. La fase β és cúbica centrada en el cos a 821 °C.[8]

El praseodimi és fortament paramagnètic i un monocristall s'ordenarà antiferromagnèticament a 0,03 K o –273,12 °C. Tanmateix, si el praseodimi es tensa, pot ordenar-se a temperatures d'uns 20 K o –253 °C.[8]

Propietats químiquesModifica

El praseodimi s'oxida lentament exposat a l’aire i es crema fàcilment per formar l'òxid de praseodimi(III,IV) de fórmula aproximada  :[9]

 
És lleugerament més resistent a l'oxidació que altres lantanoides, com el ceri, l'europi o el neodimi. Però quan s'oxida es forma una capa verda que no el protegeix d'oxidar-se més. Així doncs, cal protegir el praseodimi amb algun oli mineral o segellat amb plàstic.[10]

És força electropositiu i actua majoritàriament com a trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formar hidròxid de praseodimi(III):[9]

 
 
Sulfat de praseodimi(III)—aigua(1/8)  

Reacciona amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs de praseodimi(3+):[9]

 
 
 
 

Es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen els ions praseodimi(3+), que existeixen com a complexos  .[9]

 
Nitrat de praseodimi(III)—aigua(1/6)  ,

Altres composts de praseodimi(3+) són: el nitrat de praseodimi(III)  , el nitrat de praseodimi(III)—aigua(1/6)  , el bromat de praseodimi(III)  , el carbonat de praseodimi(III)—aigua(1/8)  , l'òxid de praseodimi(III)  , el perclorat de praseodimi(III)—aigua(1/6)  , el sulfat de praseodimi(III)—aigua(1/8)  , el sulfur de praseodimi(III)  , el tel·lurur de praseodimi(III)  , l'hexaborur de praseodimi  , el nitrur de praseodimi   o el silicur de praseodimi  .[7]

La majoria de composts del praseodimi són compostos de praseodimi(3+), però també n'hi ha uns pocs de praseodimi(2+) com el iodur de praseodimi(II)  ; i de praseodimi(4+) com el fluorur de praseodimi(IV)  .[7]

IsòtopsModifica

Article principal: Isòtops del praseodimi

El praseodimi natural està constituït en la seva totalitat per l'isòtop praseodimi 141. Excloent els isòmers nuclears, hom han identificat total de 38 isòtops radioactius del praseodimi que tenen nombres màssics des del 121 fins al 159 amb períodes de semidesintegració molt baixos, des dels 10 mil·lisegons (praseodimi 121) fins als 13,57 dies (praseodimi 143).[8]

AplicacionsModifica

 
Soldadura

Fabricació d'imantsModifica

Es produeixen imants de praseodimi aliat amb d'altres metalls les quals composicions més habituals són:  ,  ,   i  .[11] El praseodimi també s'empra per a mantenir la força del camp magnètic dels imants de neodimi NdFeB tot i que estiguin sotmesos a altes temperatures.[12]

Indústria del vidre i la ceràmicaModifica

Les sals de praseodimi amb neodimi s'utilitzen en la fabricació dels vidres de les ulleres de protecció per a soldadura elèctrica, així com per a produir vidres protectors de la llum ultraviolada. En ceràmica, s'utilitza òxid de praseodimi(III,IV) juntament amb òxid de zirconi(IV)   com a pigment de color groc intens. També s'hi fabriquen pedres sintètiques de color verd emprades com a substitutes de gemmes en bijuteria.[8]

 
Vidre acolorit de groc amb òxid de praseodimi(III)  

Generació d'energiaModifica

El praseodimi és usat juntament amb l'europi en la fabricació de bombetes de baix consum per a millorar la seva eficiència energètica.[12]

 
Pedres d'encenedor de ferroceri

Indústria metal·lúrgicaModifica

Forma part, en petites proporcions de l'aliatge coneguda com mischmetal formada per aproximadament un 48–50% de ceri i un 32–34 % de lantani, 13–14 % de neodimi, 4–5 % de praseodimi i 1,5 % d'altres lantanoides.[13] L'aliatge amb el magnesi forma un metall d'alta resistència que s'utilitza en els motors dels avions. El ferroceri, un aliatge format per un 41,8 % de ceri, un 24,2 % de lantani, un 20,8 % de ferro, un 4,4 % de neodimi, un 4,4 % de praseodimi i un 4,4 % de magnesi, s'usa per a fabricar pedres d'encenedor.[12] L'aliatge   presenta un efecte magnetocalòric intens i ha permès assolir temperatures de l'ordre dels milikelvin.[4]

Altres campsModifica

En les làmpades d'arc elèctric, amb què s'il·luminen algunes escenes de pel·lícules, s'utilitzen elèctrodes de carboni dopats amb praseodimi per la seva tonalitat similar a la llum del dia.[12]

Els compostos intermetàl·lics com el   tenen una gran capacitat per absorbir hidrogen i són útils en la hidrogenació d'olefines.[4]

S'ha demostrat que el praseodimi a l'igual que la resta de les terres rares presenta molt baixa toxicitat, i recentment, la barreja de praseodimi i altres terres rares s'estan utilitzant com a additius en l'alimentació animal i fertilitzants a la Xina.[4]

ReferènciesModifica

  1. M. Jackson "Magnetism of Rare Earth" The IRM quarterly col. 10, No. 3, p. 1, 2000
  2. ^ Kreidl, Norbert J. (1942). "RARE EARTHS*". Journal of the American Ceramic Society 25 (5): 141. doi:10.1111/j.1151-2916.1942.tb14363.x
  3. 3,0 3,1 3,2 Emsley, John.. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Sáez Puche, R. «= 59, praseodinio, Pr. El gemelo verde». An. Quím., 115, 2, 2019.
  5. Gschneidner, K.A., and Eyring, L., Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, North Holland Publishing Co., Amsterdam, 1978.
  6. «Mineral Species sorted by the element Pr Praeseodymium». [Consulta: 9 febrer 2020].
  7. 7,0 7,1 7,2 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. 94th edition. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-1-4665-7114-3. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 «Praseodymium | chemical element» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 24-01-2018. [Consulta: 14 gener 2020].
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 «WebElements Periodic Table » Praseodymium » reactions of elements». [Consulta: 14 gener 2020].
  10. ^ "Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test". Retrieved 2009-08-08.
  11. Faria, R. N.; Takiishi, H.; Lima, L. F. C. P.; Costa, I. «Praseodymium-based HD-sintered magnets produced using a mixture of cast alloys» (en en). Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 237, 3, 01-12-2001, pàg. 261–266. DOI: 10.1016/S0304-8853(01)00692-8. ISSN: 0304-8853.
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals : aplicacions i reciclatge. 3a. Iniciativa Digital Politècnica, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  13. Liu, B.H.. «Hydrogen–Metal Systems: Hydride Forming Alloys (Properties and Characteristics, Database Information)». A: Encyclopedia of materials : science and technology. Amsterdam: Elsevier, 2001. ISBN 978-0-08-052358-3. 

Enllaços externsModifica