El praseodimio es un elemento químico con el símbolo Pr y el número atómico 59. Es el tercer miembro de la serie de lantánidos y se considera uno de los metales de tierras raras. Es un metal blando, plateado, maleable y dúctil, apreciado por sus propiedades magnéticas, eléctricas, químicas y ópticas. Es demasiado reactivo para encontrarse en forma nativa, y el praseodimio metálico puro desarrolla lentamente una capa de óxido verde cuando se expone al aire.
El praseodimio siempre se encuentra de forma natural junto con otros metales de tierras raras. Es el sexto elemento de tierras raras más abundante y el cuarto lantánido más abundante, constituyendo 9,1 partes por millón de la corteza terrestre, una abundancia similar a la del boro. En 1841, el químico sueco Carl Gustav Mosander extrajo un residuo de óxido de tierras raras que llamó didimio de un residuo que llamó "lanthana", a su vez separado de sales de cerio. En 1885, el químico austríaco Barón Carl Auer von Welsbach separó el didimio en dos elementos que dieron sales de diferentes colores, a las que llamó praseodimio y neodimio. El nombre praseodimio proviene del griego antiguo (), que significa 'puerro-verde', y () 'gemelo'.
Como la mayoría de los elementos de tierras raras, el praseodimio forma más fácilmente el estado de oxidación +3, que es el único estado estable en la solución acuosa, aunque el estado de oxidación +4 se conoce en algunos compuestos sólidos y, únicamente entre los lantánidos, el estado de oxidación +5 es alcanzable en condiciones de aislamiento de matriz. Los estados de oxidación 0, +1 y +2 rara vez se encuentran. Los iones de praseodimio acuosos son de color verde amarillento y, de manera similar, el praseodimio da como resultado varios tonos de amarillo verdoso cuando se incorpora a los vasos. Muchos de los usos industriales del praseodimio implican su capacidad para filtrar la luz amarilla de las fuentes de luz.
Características El praseodimio es un elemento metálico plateado suave, y pertenece al grupo de los lantánidos. Es algo más resistente a la corrosión en aire que el europio, el lantano, el cerio, o el neodimio, pero desarrolla una capa verde de óxido cuando se rompe o cuando está expuesto al aire, exponiendo más metal a la oxidación. Por esta razón, el praseodimio se debe guardar bajo un aceite mineral ligero o sellar en un cristal.
El praseodimio siempre se encuentra de forma natural junto con otros metales de tierras raras. Es el sexto elemento de tierras raras más abundante y el cuarto lantánido más abundante, constituyendo 9,1 partes por millón de la corteza terrestre, una abundancia similar a la del boro. En 1841, el químico sueco Carl Gustav Mosander extrajo un residuo de óxido de tierras raras que llamó didimio de un residuo que llamó "lanthana", a su vez separado de sales de cerio. En 1885, el químico austríaco Barón Carl Auer von Welsbach separó el didimio en dos elementos que dieron sales de diferentes colores, a las que llamó praseodimio y neodimio. El nombre praseodimio proviene del griego antiguo (), que significa 'puerro-verde', y () 'gemelo'.
Como la mayoría de los elementos de tierras raras, el praseodimio forma más fácilmente el estado de oxidación +3, que es el único estado estable en la solución acuosa, aunque el estado de oxidación +4 se conoce en algunos compuestos sólidos y, únicamente entre los lantánidos, el estado de oxidación +5 es alcanzable en condiciones de aislamiento de matriz. Los estados de oxidación 0, +1 y +2 rara vez se encuentran. Los iones de praseodimio acuosos son de color verde amarillento y, de manera similar, el praseodimio da como resultado varios tonos de amarillo verdoso cuando se incorpora a los vasos. Muchos de los usos industriales del praseodimio implican su capacidad para filtrar la luz amarilla de las fuentes de luz.
Propiedades Propiedades físicas El praseodimio es el tercer miembro de la serie de los lantánidos y un miembro de los metales de tierras raras. En la tabla periódica, aparece entre los lantánidos cerio a su izquierda y neodimio a su derecha, y encima del actínido protactinio. Es un metal dúctil con una dureza comparable a la de la plata.Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Sus 59 electrones están dispuestos en la configuración [Xe]4f36s2; teóricamente, los cinco electrones externos pueden actuar como electrones de valencia, pero el uso de los cinco requiere condiciones extremas y, normalmente, el praseodimio solo cede tres o, a veces, cuatro electrones en sus compuestos.Greenwood and Earnshaw, pp. 1232–5
Como la mayoría de los otros metales en la serie de los lantánidos, el praseodimio generalmente solo usa tres electrones como electrones de valencia, ya que luego los electrones 4f restantes están demasiado unidos: esto se debe a que los orbitales 4f penetran más a través del núcleo de electrones de xenón inerte al núcleo, seguido por 5d y 6s, y esto aumenta con mayor carga iónica. No obstante, el praseodimio puede seguir perdiendo un cuarto e incluso ocasionalmente un quinto electrón de valencia porque se encuentra muy temprano en la serie de los lantánidos, donde la carga nuclear es aún lo suficientemente baja y la energía de la subcapa 4f lo suficientemente alta como para permitir la eliminación de más electrones de valencia.Greenwood and Earnshaw, pp. 1235–8 Por lo tanto, de manera similar a los otros lantánidos trivalentes tempranos, el praseodimio tiene una estructura cristalina de empaquetado doble hexagonal compacto a temperatura ambiente. Aproximadamente a 560 °C, pasa a una estructura cúbica centrada en las caras, y una estructura cúbica centrada en el cuerpo aparece poco antes del punto de fusión de 935 °C."Phase Diagrams of the Elements", David A. Young, UCRL-51902 "Prepared for the U.S. Energy Research & Development Administration under contract No. W-7405-Eng-48".
El praseodimio, como todos los lantánidos (excepto el lantano, iterbio, y lutecio, que no tienen electrones 4f desapareados), es paramagnético a temperatura ambiente. A diferencia de otros metales de tierras raras, que muestran un orden antiferromagnético o ferromagnético a bajas temperaturas, el praseodimio es paramagnético a todas las temperaturas por encima de 1 K.Jackson, M. (2000). "Magnetism of Rare Earth" (PDF). The IRM quarterly. 10 (3): 1.
Isótopos El praseodimio tiene solo un isótopo estable y natural, 141Pr. Por lo tanto, es mononucleídico y elemento monoisotópico, y su peso atómico estándar se puede determinar con alta precisión ya que es una constante de la naturaleza. Este isótopo tiene 82 neutrones, que es un número mágico que confiere estabilidad adicional. Este isótopo se produce en las estrellas a través de procesos s y r (captura lenta y rápida de neutrones, respectivamente).
Se han sintetizado otros 38 radioisótopos. Todos estos isótopos tienen una vida media de menos de un día (y la mayoría de menos de un minuto), con la única excepción de 143Pr con una vida media de 13,6 días. Tanto el 143Pr como el 141Pr se producen como productos de fisión de uranio. El principal modo de decaimiento de los isótopos más ligeros que 141Pr es emisión de positrones o captura de electrones a isótopos de cerio, mientras que el de los isótopos más pesados es decaimiento beta a isótopos de neodimio.
Propiedades químicas
El metal de praseodimio se deslustra lentamente en el aire, formando una capa de óxido verde que se descama como el óxido de hierro; una muestra de praseodimio metálico del tamaño de un centímetro se corroe por completo en aproximadamente un año. Se quema fácilmente a 150 °C para formar óxido de praseodimio (III, IV), un compuesto no estequiométrico que se aproxima a Pr6O11: 12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11
Esto se puede reducir a óxido de praseodimio (III) (Pr2O3) con gas hidrógeno.Greenwood y Earnshaw, pp. 1238–9 Óxido de praseodimio (IV), PrO2, es el producto más oxidado de la combustión de praseodimio y se puede obtener por reacción de praseodimio metálico con oxígeno puro a 400 °C y 282 bar o por desproporción de Pr6O11 en ácido acético hirviendo. La reactividad del praseodimio se ajusta a tendencias periódicas, ya que es uno de los primeros y, por lo tanto, uno de los lantánidos más grandes. A 1000 °C, muchos óxidos de praseodimio con composición PrO2−x existen como fases no estequiométricas desordenadas con 0 < x < 0. 25, pero a 400–700 °C los defectos de óxido se ordenan, creando fases de la fórmula general PrnO2n−2 con n = 4, 7, 9, 10, 11, 12 y ∞. Estas fases PrOy a veces se denominan α y β′ (no estequiométricas), β (y = 1,833), δ (1,818), ε (1,8), ζ (1,778 ), ι (1.714), θ y σ.Greenwood and Earnshaw, pp. 643–4
El praseodimio es un elemento electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente para formar hidróxido de praseodimio (III).: 2 Pr (s) + 6 H2O (l) → 2 Pr(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
El praseodimio metálico reacciona con todos los halógenos de la tabla periódica formando trihaluros: 2 Pr (s) + 3 F2 (g) → 2 PrF3 (s) [verde] 2 Pr (s) + 3 Cl2 (g) → 2 PrCl3 (s) [verde] 2 Pr (s) + 3 Br2 (g) → 2 PrBr3 (s) [verde] 2 Pr (s) + 3 I2 (g) → 2 PrI3 (s) El tetrafluoruro, PrF4, también se conoce y se produce haciendo reaccionar una mezcla de fluoruro de sodio y fluoruro de praseodimio (III) con gas flúor, produciendo Na2PrF6, después de lo cual se elimina el fluoruro de sodio de la mezcla de reacción con fluoruro de hidrógeno líquido.Greenwood and Earnshaw, p. 1240–2 Además, el praseodimio forma un biyoduro de bronce; al igual que los biyoduros de lantano, cerio y gadolinio, es un compuesto de praseodimio (III) electruro.
El praseodimio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen los iones chartreuse Pr3+, que existen como [Pr(H2O)9]3+ complejos:Greenwood and Earnshaw, pp. 1242–4
2 Pr (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Pr3+ (aq) + 3 (aq) + 3 H2 (g)
La disolución de los compuestos de praseodimio (IV) en agua no da como resultado soluciones que contengan los iones amarillos Pr4+; debido al alto potencial de reducción estándar positivo del par Pr4+/Pr3+ a +3,2 V, estos iones son inestables en solución acuosa , oxidando el agua y reduciéndose a Pr3+. El valor del par Pr3+/Pr es −2,35 V. Sin embargo, en medios acuosos muy básicos, Pr4+ los iones se pueden generar por oxidación con ozono.
Aunque se desconoce el praseodimio (V) en estado a granel, en 2016 se informó de la existencia de praseodimio en su estado de oxidación +5 (con la configuración electrónica estable del gas noble anterior xenón) en condiciones de aislamiento de matriz de gas noble. Las especies asignadas al estado +5 se identificaron como [PrO2]+, sus aductos O2 y Ar, y PrO2(η2-O2). Compuestos orgánicos-prasedimios