59, Praseodym (Pr)

gr. prasinos = grün, didymos = Zwilling, grüner Zwilling

Das Element Praseodym:

         
   
  Ce Pr Nd  
  Th Pa U  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Praseodym (Nukleosynthese): Praseodym hat nur ein einziges stabiles Isotop mit der Massenzahl 141 und ist das 15. Reinelement. Es entsteht während der Nukleosynthese sowohl in Roten Riesen (s-Prozesse) als auch nach Supernova-Explosionen (r-Prozesse) aus Cer bzw. Eisen-56 bzw. Nickel-56 heraus. Da es einen relativ hohen Neutroneneinfangquerschnitt hat, setzt sich während hohen Neutronenflüssen, wie sie in Roten Riesen bzw. nach Supernova-Explosionen vorherrschen, das meiste gebildete Praseodym weiter zu Neodym und anderen schweren Elementen um.

Die Praseodym-Synthese:
141Pr-Synthese:
(s-, r-Prozess)

140Ce + n → 141Pr + β- + xx MeV

56Fe + 85n → 141Pr + 33β- + xxx MeV



Vorkommen von Praseodym: Die Materie im Universum besteht durchschnittlich zu 2 μg/kg aus dem Element (Rang 54). Die Erde enthält es durchschnittlich zu 129 μg/kg (Rang 59), wobei der Anteil an der Erdkruste bei durchschnittlich 9,2 mg/kg (Rang 39) liegt - Praseodym ist damit nur wenig seltener als Blei. Nach Cer, Neodym und Lanthan ist es das vierthäufigste (zwölftseltenste) Lanthanoid.

Mineralisches Vorkommen. Gleich allen leichten Lanthanoiden (Ordnungszahlen 57 bis 64 (außer 61), respektive Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium und Gadolinium) kommt es im Bastnäsit, Cer-Gadolinit, (La, Ce, Nd, Sm)-Monazit und Cerit vor.

Wichtige praseodymhaltige Mineralien

Bastnäsit, (Ln)CO3F[1]

Monazitsand, (Y|Ln)PO4,[2]

Cer-Gadolinit, Ln2FeBe2(SiO5)2[3]

Cerit (Ce)[4]


Praseodym-Gewinnung:
Gleich den anderen leichten Lanthanoiden (Lanthan, Cer, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium) wird Praseodym aus Monazitsand, Cerit bzw. Cer-Bastnäsit gewonnen. Hierzu werden diese Erze zerkleinert, durch Flotation angereichert und in Schwefelsäure gelöst. Die filtrierte und eisgekühlte Lösung wird anschließend mit Oxalsäure versetzt, wodurch alle Lanthanoide als Ln(III)oxalate ausfallen. Durch Komplexieren (z.B. mit Citronensäure oder anderen organischen Säuren bei definierten Bedingungen) und separates Absorbieren an Ionentauscher mit anschließender Rücklösung unter spezifischen Parametern können die einzelnen Lanthanoide dann fraktioniert werden. Die auf diese Weise erhältlichen organischen Lanthanoid-Salze können durch Glühen in die Oxide überführt werden. Diese wiederum werden mit Flusssäure oder Salzsäure umgesetzt, so dass entsprechend Fluoride bzw. Chloride erhalten werden.

Das so erhaltene Praseodym(III)fluorid bzw. Praseodym(III)chlorid unterzieht man dann nach Zusatz von Kaliumchlorid einer Schmelzelektrolyse. Von dem sich ebenfalls abscheidenen Kalium kann das Praseodym dann mittels Vakuum-Destillation gereinigt werden.

Schema: Darstellung der Lanthanoide[4]
Chemie von Praseodym: Praseodym hat die Elektronenkonfiguration [Xe] 6s2 4f3. Seine bevorzugte Oxidationsstufe ist wie die aller Lanthanoide, +3. In binären Verbindungen mit Sauerstoff und Fluor werden jedoch auch Verbindungen erhalten, in welchen das Praseodym in der Oxidationsstufe +4 vorliegt. Diese sind entsprechend starke Oxidationsmittel, stärker als Peroxodisulfat. So zerfällt das Praseodym(IV)fluorid bereits unter 100°C in Pr(III)fluorid und elementares Fluor - komplexstabilisiert durch weitere Fluorid-Ionen ist es beständiger. In der Oxidationsstufe +2 tritt Praseodym nur gegenüber Iod und Wasserstoff auf.

Verhalten an der Luft. Praseodym ist weniger reaktiv als Cer, Europium oder Ytterbium. Es überzieht sich an trockener Luft allmählich mit einer hellgrünen, abblätternden Schicht aus Praseodym(III)oxid, wodurch das blanke Metall nach einiger Zeit - ähnlich Eisen - verrostet. An feuchter Luft wird Praseodym schnell unter Bildung von grünem Praseodym(III)hydroxid angegriffen. In der Hitze verbrennt das Metall in stark exothermer Reaktion zu Praseodym(III,IV)oxid, Pr4O7 (entspricht Pr2O3•2PrO2).

8 Pr + 7O2 → 2 Pr4O7 + 7502,4 kJ


Reaktion mit Wasser. Gleich allen Lanthanoiden erfolgt quantitative, exotherme Umsetzung zu Praseodym(III)hydroxid und Wasserstoff. Praseodym(III)hydroxid ist schwächer basisch als Cer(III)hydroxid und Lanthanhydroxid, seine gesättigte wässrige Lösung hat einen pH-Wert von etwa 8,0. Praseodym(III,IV)oxid reagiert nicht mit Wasser, Praseodym(III)oxid setzt sich dagegen unter Zischen zu Praseodym(III)hydroxid um. Praseodym(III)salze reagieren in Wasser infolge Hydrolyse deutlich sauer, und zwar etwas stärker als entsprechende Cer(III)- oder Lanthansalze.

Hydrolyse von Praseodym(III)hydroxid und Praseodym(III)-Ionen:

a) Alkalische Reaktion von Praseodym(III)hydroxid:
{Pr(OH)3} [Pr(OH)2]+ + OH-; pKb = 4,60

b) Saure Reaktion von Praseodym(III)-Ionen:
[Pr(H2O)9]3+ + H2O [Pr(H2O)8(OH)]2+ + [H3O]+; pKs = 8,20



Reaktionen mit Säuren, Praseodym-Salze. Elementares Praseodym reagiert auch mit schwachen Säuren quantitativ unter Bildung grüner Praseodym(III)salze (und Wasserstoff), wenn sich das Metall nicht mit einer - in der entsprechenden Säure unlöslichen - Salzschicht überziehen kann. Während Praseodym(III)(hydr)oxid lebhaft und stark exotherm mit Säuren reagiert, ist dies beim Praseodym(III,IV)oxid nicht der Fall. Es reagiert nur auch mit starken Säuren oder konzentrierter Phosphorsäure nur nach Erhitzen, wobei es einen Teil der entsprechenden Säure reduziert - es bleiben stets Praseodym(III)salze zurück.

Reaktion von Praseodym(III,IV)oxid mir Säuren:

Pr4O7 + 14 HCl → 4 PrCl3 + Cl2↑ + 7 H2O



Reaktionen mit Nichtmetallen verlaufen im Falle von Fluor, Chlor und Brom schon bei Raumtemperatur unter Feuererscheinungen; mit Schwefel und Iod nach dem Erhitzen. In allen Fällen werden werden ionisch aufgebaute Verbindungen gebildet. Praseodym(IV)fluorid ist blassgelb, Praseodym(III)chlorid und -bromid sind grüne Salze, Praseodym(II)iodid wirkt metallisch-bronzefarben.

Einige Praseodymverbindugen

Praseodym(III,IV)oxid[4]
Pr4O7

Praseodym(III)phosphat[4]
PrPO4

Praseodym(III)sulfat[5]
Pr2(SO4)3

Praseodym(III)chlorid-Heptahydrat[6]
PrCl3•7H2O

Praseodym(III)oxid[4]
Pr2O3

Praseodym(III)sulfat-Lösung[4]
UV-Licht (li), Tageslicht (re)


Physikalische Besonderheiten von Praseodym bzw. von seinen Verbindungen: Praseodymsalze zeigen bei energetischer Anregung (Verdampfen oder Verbrennen) eine violett-gelbstichige Flammenfärbung. Sind die Salze durch größere Mengen an schweren Lanthanoiden verunreinigt, so kann die Flamme einen gelblich-grünen Farbton annehmen. Dieses Bild wurde mit einer Salz-Probe der Reinheit 99,99 % gemacht: Die Salzlösung wurde per Zerstäubung in eine Luft-Acetylen-Flamme eingebracht und dann fotografiert (AAS).


Flammenfärbung eines[4]
Praseodym-Salzes

Verwendung von Praseodym und seinen Verbindungen : Praseodym und Praseodymverbindungen haben einige technische Verwendungsmöglichkeiten. Die wichtigsten sind:
  • Grüne Gläser. Durch Zugabe von Praseodym(III)oxid oder Praseodym(III)carbonat zu einer Silicatglasschmelze kann man diese hellgrün färben. Solche Praseodymgläser finden beispielsweise als Scheinwerfergläser Verwendung. Da solche Gläser ein hohes Absorptionsvermögen für UV-Strahlung haben, kann man aus ihnen auch Schutzfenster für Schweißarbeiten fertigen.

  • Permanentmagnete. Praseodym-Eisen-Cobalt-Legierungen sind ferromagnetisch. Aus ihnen lassen sich starke Permanentmagnete herstellen.
Verwendung von Praseodym und seinen Verbindungen

Praseodymglas[7]

Permanentmagnete[4]


Quellen: [1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Rob Lavinsky. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[2] Bildquelle: Bild einer US-Behörde, welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Western Devil. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[4] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[5] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Spidey71. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[6] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Walkerma. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[7] Bildquelle: http://images-of-elements.com/praseodymium.php. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben. Bei Weitervendung bitte einen Link auf die Bildquelle (http://images-of-elements.com/praseodymium.php) setzen.