Els empèdocles moderns – Carl Auer von Welsbach (1885) i l’element 59 (Pr) – praseodimi (nilpentenni, Npe)

En els relats cosmogònics i etnogònics de les més diverses cultures, la figura dels bessons mítics es reitera en diversos formats. Poden ser del mateix sexe o de sexes oposats; ésser germans idèntics o substancialment diferents, fins al punt d’ésser fills de pares diferents. Poden constituir la dualitat complementària, mutualista, o poden conduir l’oposició a una topada irresoluble. Leto (Λητώ) concebé de Zeus, els bessons divins, eternament joves, disparadors de sagetes, Apol•lo (Απόλλων) i Àrtemis (Άρτεμις); varó i dona; dia i nit; Sol i Lluna; cultura i natura; civilització i salvatgisme; sensualitat i castedat. Una dualitat similar la trobem en Freyr i Freyja, fills del déu marí Njörðr. Si el Dia i la Nit són bessons complementaris, també ho són, perpendicularment, l’Albada i l’Ocàs. Els genets bessons Nasatya i Dasra representen el trenc d’alba i el capvespre. Els déus Azizos i Arsus encarnen, respectivament, l’Estel Matutí i l’Estel Vespertí. La complementarietat fa de tots aquests bessons estrets aliats. El mateix trobem en els Dioscurs (Διόσκουροι), Càstor i Pòl•lux. Càstor i Polideuces, aparentment idèntics, es complementen en excel•lir el primer com a genet i el segon com a púgil. Els dos fills de Leda i, ells mateixos, són, juntament amb Clitemnestra i Helena, quadrigèmins, nascuts d’un ou comú. La paternitat, però, és divergent. Polideuces i Helena són fills divins, immortals, engendrats per Zeus. Càstor i Clitemnestra són fills humans, mortals, engendrats pel rei Tindàreu de Lacedemònia. La mort, doncs, eventualment, arrabassarà Càstor. Polideuces renunciarà a la immortalitat, per tal d’acompanyar son germà. De llavors ençà alternen sis mesos en l’ombra i sis mesos en la llum. No tot són flors i violes en el món dels bessons. Ahura Mazda, la Saviesa increada de la Llum, ha de fer front a Ahriman, l’Esperit igualment increat de la Destrucció. Una dualitat igualment oposada l’encarnen Gluskap i Malsumis en la cosmogonia Wabanaki. Però no sempre sabem quin és el bo dels dos bessons oposats. Els fills de Rebeca, Esaú i Jacob ja eren barallats en el ventre. Esaú va nàixer primer, però amb Jacob aferrat el seu turmell. Esaú és actiu, fort, caçador, el favorit del pare, Isaac. Jacob és passiu, feble, infantil, afavorit per la mare. Esaú ven la primogenitura per un plat de llentilles, cert, però és Jacob qui ha proposat el bescanvi. Jacob, empès per Rebeca, enganya son pare per rebre la benedicció. I si finalment, molts anys després, els germans es reconciliaren, fou més per la generositat d’Esaú. Amb tot, la selecció divina era per Jacob. En Ròmul i Rem trobem dos bessons que, inicialment, ens semblen perfectament bescanviables. La rivalitat creix en el temps. En l’escalada competitiva entre els dos, Rem desobeirà les lleis de Ròmul, i Ròmul l’occirà. Bé podria haver estat a l’inrevés. Per comptes de romans, seríem remans. Nosaltres, en tot cas, arribem al nombre 59 de la nostra sèrie.

És gairebé segur que la “Lupa Capitolina” és una còpia moderna (segles XI-XII), per bé que durant molt de temps hom pensà que es tractava de l’original etrusc del segle V a.e.c. Sigui com sigui, l’afegit de Ròmul i Rem sí que és més recent, probablement obra d’Antonio Pollaiolo (mort el 1498). Ròmul i Rem són els bessons que la vestal Rea Sílvia va concebre de Mart. Al poc de nàixer foren llençats al Tíber per ordre del rei d’Alba Longa, Amuli, oncle de Sílvia. Miraculosament, no s’ofegaren i els rescatà la famosa lloba.

Carl Auer von Welsbach i la descoberta del praseodimi

Carl Freiherr Auer von Welsbach

Carl Auer (*Viena, 1.9.1858) era fill del matrimoni format per Therese Neuditschka i Alois Auer (*Wels, Österreich ob der Enns, 11.5.1813). El matrimoni tingué un fill més gran, Alois, i dues filles, Leopoldine i Amalie. Els Neuditschka eren una família de comercials. Els Auer eren d’orígens menestrals. El mateix Alois Auer havia après l’ofici d’enquadernador, i del gust pels llibres i per les llengües aprengué de manera autodidacta i llibresca francès, italià, anglès, etc. Preparà i superà reeixidament els exams de la Universitat de Viena del 1835 i del 1836, i l’octubre del 1837 aconseguí una plaça de professor d’italià en el Gymnasium de Linz. En el 1839 realitzà un viatge formatiu per Alemanya, Suïssa, França i Anglaterra, on no tan sols millorà els seus coneixements de llengües amb la pràctica, sinó que també es familiaritzà amb les innovacions en el camp de la impremta. Aquesta formació li valgué el nomenament de director de la Impremta Imperial i Estatal de Viena. Eren aquells uns anys d’autèntica renaixença literària en modalitats lingüístiques que tan sols feia unes dècades hom donava per mortes “per a la república de les lletres”. Una de les preocupacions d’Alois Auer fou la d’adaptar-se a aquesta diversitat tipogràfica, cosa que manifestà en obres com “Der polygraphische Apparat der Wiener k. K. Hof- und Staatsdruckerei”. També realitzà contribucions en el camp de la “Naturselbstdruck”, és a dir en l’autoimpressió de mostres naturals (minerals, vegetals, animals) en plom o en goma, cosa que permeté a la impremta vienesa de realitzar obres d’història natural i, particularment, de botànica, de gran qualitat artística i científica. Una altra contribució destacada fou la introducció de la tècnica fotogràfica en la il•lustració de llibres. En el 1858, Alois Auer patentà un sistema d’impressió òfset damunt de rotllos continus de paper, ideal per a la premsa diària.

Amb tots aquests mèrits, no és estrany que, en el 1860, Alois Auer fos ennoblit, en rebre el títol de Cavaller de Welsbach (Ritter von Welsbach), en memòria de la seva localitat natal. En conseqüència, el nostre Carl Auer esdevingué, a 2 anys, Carl Auer von Welsbach.

Alois Auer von Welsbach deixà la Impremta Imperial el 1864. Fou després director de la Fàbrica de Porcellana Estatal. Es va morir a Hietzing bei Wien a 56 anys, el 10 de juliol del 1869.

Si bé el títol de Cavaller l’heretà el seu germà gran, Carl tingué la formació corresponent a la seva pertinença a la petita aristocràcia imperial. Es formà a les escoles de Mariahilf i Josefstadt. En concloure els estudis acadèmics, rebé formació militar (1877) assolint el grau de tinent segon. La seva vocació científica el menà a la Universitat de Viena el 1878, on estudià matemàtica, química, física, termodinàmica i enginyeria. Orientat cap a la química, passà a la Universitat de Heidelberg, i començà a treballar en la tesi doctoral sota la direcció de ni més ni menys que Robert Bunsen. Sota Bunsen aprengué les tècniques analítiques basades en l’espectroscòpia. S’hi doctorà en el 1882. Retornà a Viena, per treballar (sense paga) en el laboratori d’Adolf Lieben (1836-1914), catedràtic de química general i farmacològica de la Universitat de Viena. Lieben també havia estat deixeble de Bunsen, i encaminà Auer definitivament en l’estudi dels elements de terres rares.

Ja hem vist en setmanes passades com els metalls de terres rares havien constituït un maldecap per a Dmitri Mendeleev en la seva construcció d’una taula periòdica dels elements. La matèria primera per estudiar-los, els minerals de terres rares, no era un material abundós. La caracterització de les propietats físiques i químiques no era gens senzilla. I un punt que certament duia de corcoll era el fet de determinar exactament el nombre total d’aquests elements.

Carl Gustav Mosander, autor en el 1843 de l’article “Ueber die das Cerium begleitenden neuen Metalle Lanthanium und Didymium, so wie über die mit der Yttererde vorkommenden neuen Metalle Erbium und Terbium”

El nom de “terra rara” s’aplicà inicialment a qualsevol terra (òxid d’element metàl•lic) que no fos d’un element majoritari. Una d’aquestes terres rares fou identificada en el 1803, i va rebre el nom de “cèria” en paral•lel amb el planeta Ceres, descobert l’any anterior. Inicialment, hom pensà que la “cèria” era “òxid de ceri”, essent el “ceri” un metall elemental (símbol, Ce). Carl Gustav Mosander (1797-1858) posà de manifest en el 1838 que, “ocult” sota el ceri, hi havia un altre element, al qual, en conseqüència, va donar el nom de “lantà”. La “lantana” es podia separar de la “cèria” per la seva major basicitat.

En el 1842, Mosander determinà l’existència encara, dins de la “lantana”, d’una terra rara addicional, amb propietats químics similars, però no idèntiques, i a la qual denominà “didímia”. Així doncs, el “ceri” no tan sols “ocultava” el “lantà” sinó també un “element bessó” (δίδυμος). La “didímia” es diferenciava de la “lantana” per la seva menor basicitat. Per exemple, si les terres rares o els seus compostos derivats eren exposats a àcid diluït, la didímia era la fracció més difícilment soluble, i que hom podia recuperar en forma de precipitat insoluble de color rosat. Aquesta coloració feia distingible la didímia de la cèria i de la lantana. En la bastnasita, la cèria i la lantana eren més abundants que no pas la didímia.

S’entenia que la didímia era l’òxid de didimi. El didimi fou reconegut com un dels elements de terres rares. Com a símbol químic, es fixà “Di”.

En el 1865, John Newlands féu un intent de sistematitzar els elements. El didimi era inclòs en la mateixa casella que el molibdè (Di & Mo), la número 34, la qual cosa la situava en el grup del nitrogen.

En el 1869, Dmitri Mendeleev, en la seva taula periòdica, col•locava el didimi (Di = 95) en el quart període, dins d’un grup encapçalat, en el tercer període, per l’itri. Però Mendeleev no era gaire satisfet amb aquesta posició.

En el 1871, Mendeleev recol•loca el didimi, particularment en atribuir-li un pes atòmic de 138. Tampoc no el col•loca amb seguretat (?Di = 138) en el vuitè període, dins del grup III (el grup del bor i d’altres elements trivalents).

La millora de les tècniques de separació de compostos de terres rares i l’aplicació tècniques espectroscòpiques en l’anàlisi, renovaren la discussió en el 1878 sobre aquests elements. Entre els qui participen en aquestes recerques hi ha Jean Charles Galissard de Marignac (1817-1894), Marc Delafontaine (1837-1911), Jacques-Louis Soret (1827-1890), John Lawrence Smith (1818-1883), Lars Fredrik Nilson (1840-1889), Per Teodor Cleve (1840-1905) o Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912). Lecoq, per exemple, descriu en la samarskita, un nou element químic, el samari (1879). Alhora, posa de manifest que el samari és present en la didímia.

Auer havia après de Bunsen i de Lieben les tècniques espectroscòpiques per a l’anàlisi de metalls de terres rares, així com les tècniques de separació basades en la precipitació o la cristal•lització diferencials. Fou gràcies a la cristal•lització diferencial de compostos de didimi, que observà la formació de fraccions que no tenien el color rosat característic, sinó una coloració verda. L’espectroscòpia confirmava les diferències fonamentals entre totes dues fraccions. Auer conclogué que la “didímia verda” era una substància amb un element diferent de la “didímia rosa”. Si Auer hagués seguit, el procediment terminològic de Mosander, hauria optat per donar un nom diferenciat a la primera, i haver retingut el nom de “didímia” per a la “didímia rosa”. Però això podia conduir a confusió. Per això proposà donar dos noms diferenciats a tots dos elements. L’element de la didímia verda (praseodímia, emprant el mot grec πράσινος, en el sentit de color) seria el praseodimi, simbolitzat com a Pr. L’element de la didímia rosa (neodímia, indicant la redefinició química del material) seria el neodimi, simbolitzat com a Nd.

L’element didimi (Di) era, doncs, suprimit, i substituït pel praseodimi (Pr) i el neodimi (Nd). Aquesta proposta terminològica prengué en detriment d’una alternativa que no hauria estat tan violenta (un portmanteau, de “praseo”/“neo” i de “didimo”). Per comptes de dir “praseodimi” o “praseodidimi”, hom podria haver homenatjat Berzelius amb el nom de “berzeli”, i el símbol Bz. Paral•lelament, el “neodimi” o “neodidimi” hauria passat a dir-se tiri (“tyrium”), amb el símbol Ty. Com hem dit, però, el terme “praseodymium” (Pr) arrelà, i amb les adaptacions fonètiques i gràfiques corresponents va ser adoptat progressivament per les diferents llengües. Les mancances etimològiques del terme expliquen també errors ortogràfics freqüents, com ara “praseodini”. Durant un temps, hom continuà utilitzant el terme “didimi”, ara com a sinònim de “praseodimi” (p. ex., el DCVB ofereix les entrades “didimi” i “neodimi”, però no pas la de “praseodimi”).

Algú pot pensar que la profusió d’articles sobre “nous metalls de terres rares”, amb les consegüents refutacions, controvèrsies, lluites terminològiques i de prioritat, no era més que una curiositat acadèmica. Però el mateix Auer ja tenia de cap una aplicació d’aquestes “terres rares”. El mateix any 1885, obtingué una patent per aprofitar una barreja, que denominà “Actinophor”, amb la qual es podia confeccionar una manta incandescent, que denominà “Auerlicht” (“llum d’Auer”). L’actinòfor contenia un 60% d’òxid de magnesi, un 20% d’òxid de lantà i 20% d’òxid d’itri. Amb aquest actinòfor s’impregnava cotó pólvora (Schießbaumwolle, és a dir nitrocel•lulosa, material sintètic inventat per Friedrich Schöbnein en el 1845). Una vegada era escalfat aquest cotó pólvora impregnat, en quedava una cendra sòlida que lluïa de manera ben brillant quan era escalfada. La “llum d’Auer” era pensada com un sistema d’il•luminació (“manta de gas”). En el desenvolupament de la “Auerlicht”, Auer comptà amb l’assistència d’Ignaz Kreidl. Tampoc no era un sistema completament nou. Els intents anteriors s’havien basat en gases de platinoids (per exemple, platí-irida) sucades en nitrats metàl•lics. Charles Clamond n’havia fet un model interessant en aquest sentit en el 1881. Però, és clar, els metalls preciosos són més cars i més rars, paradoxes terminològiques, que les terres rares.

Mentrestant, la recerca bàsica sobre terres rares continuava. En el 1886, Lecoq comprovà que el gadolini (element descrit en el 1880 en la gadolinita) també era present en la “terra didímia”.

En el 1887, Auer establia a Atzgersdorf una fàbrica de mantes incandescents basades en l’actinòfor. Mai no acabà d’arrencar. La “llum d’Auer” era d’una tonalitat verdosa (en part, per la presència de praseodimi en forma de traça) i no podia competir amb la llum blanca emesa pels dispositius habituals. En el 1889, va haver de plegar.

Auer s’esforçà a millorar la manta incandescent. Trobà que era millor substituir l’òxid de magnesi per òxid de tori (1890). Amb una barreja del 99% de diòxid de tori i un 1% de diòxid de ceri, aconseguia una manta menys fràgil i, particularment, que emetia una llum molt més blanca (1891). Amb el suport financer de Leopold Koppel (1843-1933), fundà la Deutsche Gasglühlicht AG (Degea). En el 1892, començà a fabricar la nova manta incandescent, ara amb molt més èxit. Les principals comandes procedien d’autoritats locals de tot Europa, interessades en renovar o ampliar l’enllumenat públic. Comptà amb els excel•lents serveis jurídics d’Adolf Gallia (1852-1925) per registrar i defensar les seves patents en els principals estats del món.

En el 1893, Auer comprà el Castell de Rastenfeld, fins llavors propietat de l’actriu Marie Geistinger a Mölbing (Caríntia). També va adquirir la Villa Marienhof, de la mateixa localitat, on va aixecar el Schloss Welsbach. Hi acumulà una excel•lent biblioteca, notablement augmentada el 1899, quan adquirí la de Robert Bunsen, recentment traspassat.

Schloss Welsbach

A 41 anys, es casà amb Marie Nimpfer. El matrimoni tindria quatre fills. En el 1901, Auer esdevingué baró (“Carl Freiherr Auer von Welsbach) per gràcia de l’emperador Franz Joseph I.

Pols de monazita, fosfat mineral de terres rares (ceri, lantà, neodimi, samari, gadolini, tori, etc.). En el 1896, Prosper Barrière descrigué en la monazita un nou element al que denominà luci (“lucium”). Com moltes altres descobertes d’aquest període fou contestada. Prevalgué finalment l’opinió formulada per William Crookes en el 1897, segons la qual el luci era en realitat una barreja d’itri amb didimi, erbi i iterbi.

En el 1903, Auer patentà el ferroceri, aliatge del 70% de ceri i 30% de ferro, amb propietats pirofòriques, i aplicat com a pedra d’encenedor. En el 1907, bastí la Treibacher Chemische Werke GesmbH, que tenia el ferroceri com a producte principal. Paulatinament, els encenedors de ferroceri guanyarien adeptes en detriment dels llumins. Les pedres d’encenedor tenen un contingut de praseodimi (com a impuresa del ceri) de vora del 5%.

El mercat de les mantes de gas caigué dràsticament a partir de la primera dècada del segle XX, per l’extensió de l’enllumenat elèctric. La companyia Degea, però, va poder continuar gràcies a la diversificació d’activitats. En el 1906, desenvolupaven la bombeta incandescent OSRAM (dita així per l’ús d’OSmi i de wolfRAMi). La companyia no feia estalvi en recerca bàsica. El mateix Auer hi era cada vegada més interessat, i publicava periòdicament articles sobre anàlisi espectroscòpica i separació química. Particularment, era interessat en els elements radioactius, i publicà sobre tècniques de separació (1922). Fou precisament en el Departament de Radiologia de la Degea (ara ja denominada Auergesellschaft) on entrà a treballar Nikolaus Riehl (1901-1990) en el 1927.

El 4 d’agost del 1929, a la seva residència de Mölbling, traspassava, a l’edat de 70 anys, Carl Auer von Welsbach. Fou soterrat en el cementiri de Hietzinger, a Viena.

En aquella època, la companyia vidriera Moser, de Karlovy Vary (Bohèmia), sota la direcció de Leo Moser investigació l’aplicació de compostos de praseodimi com a colorants de vidre. Comercialitzà peces de vidre “Prasemit”, fetes amb compostos de praseodimi, i d’una coloració groc-verdosa. El prasemit no tingué continuïtat ja que hi havia colorants alternatius molt més assequibles. Una mica més d’èxit tingué el vidre “Heliolit”, al qual s’afegia una barreja de compostos de praseodimi i neodimi.

Vidre verd gràcies a l’addició d’un compost de praseodimi

No fou fins el 1931, que hom aconseguí la preparació de praseodimi metàl•lic relativament pur. Fou possible gràcies al desenvolupament de tècniques de separació de la praseodímia, amb precipitació diferencial de barreges alcalines (KOH/NaOH) de terres rares, bé per oxidació, per electroquímica o per l’addició de clorat sòdic.

En els minerals de terres rares, el praseodimi sol ser molt menys abundant que no pas el lantà, el ceri o el neodimi. En el procés d’extracció, el praseodimi sol quedar en la fracció LCP (lantà-ceri-praseodimi) que resta un cop s’han extret la majoria del ceri, del lantà i del neodimi. Amb poques aplicacions, tot i que fos més rar, la baixa demanda va fer que el praseodimi no assolís un preu molt elevat.

La primera aplicació comercial duradora del praseodimi fou com a colorant groc en ceràmica (“groc de praseodimi”). El groc de praseodimi és una solució en fase sòlida de praseodimi en silicat de zirconi.

La recerca en les aplicacions de praseodimi ha crescut en les darreres dècades. Jha et al. (1995) dissenyaren fibra òptica de vidre de fluorur dopat amb Pr3+ (PDFA), aplicable a dispositius d’amplificació òptica.

El praseodimi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del praseodimi és de 140,90766 uma, és a dir la corresponent al seu únic isòtop natural, 141Pr. El llistat complet d’isòtops fa:
– praseodimi-121 (121Pr; 120,95536 uma). Nucli format per 59 protons i 62 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,6 s. Decau normalment a ceri-120 (amb emissió d’un protó) i, més rarament, a ceri-121 (amb emissió d’un positró) o a lantà-120 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– praseodimi-122 (122Pr; 121,95181 uma). Nucli format per 59 protons i 63 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,5 s. Decau a ceri-122, amb emissió d’un positró.
– praseodimi-123 (123Pr; 122,94596 uma). Nucli format per 59 protons i 64 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,8 s. Decau a ceri-123, amb emissió d’un positró.
– praseodimi-124 (124Pr; 123,94296 uma). Nucli format per 59 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,2 s. Decau normalment a ceri-124 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a lantà-123 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– praseodimi-125 (125Pr; 124,93783 uma). Nucli format per 59 protons i 66 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,3 s. Decau normalment a ceri-125 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a lantà-124 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– praseodimi-126 (126Pr; 125,93531 uma). Nucli format per 59 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,12 s. Decau normalment a ceri-126 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a lantà-125 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– praseodimi-127 (127Pr; 126,93083 uma). Nucli format per 59 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,2 s. Decau a ceri-127, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (127mPr) a 600 keV, que té una semivida de 0,05 s.
– praseodimi-128 (128Pr; 127,92879 uma). Nucli format per 59 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,84 s. Decau normalment a ceri-128 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a lantà-127 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– praseodimi-129 (129Pr; 128,92510 uma). Nucli format per 59 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 32 s. Decau a ceri-129, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (129mPr) a 382,7 keV, que té una semivida de 0,001 s, i que decau a ceri-129.
– praseodimi-130 (130Pr; 129,92359 uma). Nucli format per 59 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40,0 s. Decau a ceri-130, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (130mPr) a 100 keV, que té una semivida de 10 s.
– praseodimi-131 (131Pr; 130,92026 uma). Nucli format per 59 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 90 s. Decau a ceri-131, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (131mPr) a 152,4 keV, que té una semivida de 5,7 s, i que decau bé a l’estat basal (96,4%) o directament ceri-131 (3,59%).
– praseodimi-132 (132Pr; 131,91926 uma). Nucli format per 59 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 89,4 s. Decau a ceri-132, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (132mPr), que té una semivida de 20 s, i que decau a ceri-132.
– praseodimi-133 (133Pr; 132,916331 uma). Nucli format per 59 protons i 74 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 390 s (7 minuts). Posseeix un estat metastable (133mPr) a 192,05 keV, que té una semivida de 1,1•10-6 s.
– praseodimi-134 (134Pr; 133,91571 uma). Nucli format per 59 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 660 s (11 minuts). Decau a ceri-134, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (134mPr), que té una semivida de 1000 s (17 minuts). Decau a ceri-134, amb emissió d’un positró.
– praseodimi-135 (135Pr; 134,913112 uma). Nucli format per 59 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1400 s (24 minuts). Decau a ceri-135, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (135mPr) a 358,06 keV, que té una semivida de 1,05•10-4 s.
– praseodimi-136 (136Pr; 135,912692 uma). Nucli format per 59 protons i 77 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 786 s (13 minuts). Decau a ceri-136, amb emissió d’un positró.
– praseodimi-137 (137Pr; 136,910705 uma). Nucli format per 59 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4608 s (1 hora). Decau a ceri-137, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (137mPr) a 561,22 keV, que té una semivida de 2,66•10-6 s.
– praseodimi-138 (138Pr; 137,910755 uma). Nucli format per 59 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 87,0 s. Decau a ceri-138, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (138mPr) a 348 keV, que té una semivida de 7630 s, i que decau a ceri-138.
– praseodimi-139 (139Pr; 138,908938 uma). Nucli format per 59 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,59•104 s (4 hores). Decau a ceri-139, amb emissió d’un positró.
– praseodimi-140 (140Pr; 139,909076 uma). Nucli format per 59 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 203 s (3 minuts). Decau a ceri-140, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 127,5 keV (140m1Pr; que té una semivida de 3,5•10-7 s) i un altre a 763,3 keV (140m2Pr; que té una semivida de 3,05•10-6 s).
– praseodimi-141 (141Pr; 140,9076528 uma). Nucli format per 59 protons i 82 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament susceptible de fissió espontània. És pràcticament l’únic isòtop present en les mostres naturals, una part de la dotació del qual prové de la fissió de radioisòtops pesants. Té aplicacions en espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear i electroparamagnètica.
– praseodimi-142 (142Pr; 141,9100448 uma). Nucli format per 59 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,883•104 s (19 hores). Decau normalment (99,98%) a neodimi-142 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,0164%), a ceri-142 (per captura electrònica). Posseeix un estat metastable (142mPr) a 3,694 keV, que té una semivida de 876 s, i que decau a l’estat basal.
– praseodimi-143 (143Pr; 142,9108169 uma). Nucli format per 59 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,172•106 s (14 dies). Decau a neodimi-143, amb emissió d’un electró. És present en forma de traça de manera irregular en mostres naturals, ja que és producte de la fissió de radioisòtops més pesants.
– praseodimi-144 (144Pr; 143,913305 uma). Nucli format per 59 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1037 s (17 minuts). Decau a neodimi-144, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (144mPr) a 59,03 keV, que té una semivida de 430 s, i que decau bé a l’estat basal (99,93%) o directament a neodimi-144 (0,07%).
– praseodimi-145 (145Pr; 144,914512 uma). Nucli format per 59 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,154•104 s (6 hores). Decau a neodimi-145, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-146 (146Pr; 145,91764 uma). Nucli format per 59 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1449 s (24 minuts). Decau a neodimi-146, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-147 (147Pr; 146,918996 uma). Nucli format per 59 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 804 s (13 minuts). Decau a neodimi-147, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-148 (148Pr; 147,922135 uma). Nucli format per 59 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 137 s (2 minuts). Decau a neodimi-148, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (148mPr) a 50 keV, que té una semivida de 121 s, i que decau a neodimi-148.
– praseodimi-149 (149Pr; 148,92372 uma). Nucli format per 59 protons i 90 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 136 s (2 minuts). Decau a neodimi-149, amb l’emissió d’un electró.
– praseodimi-150 (150Pr; 149,926673 uma). Nucli format per 59 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,19 s. Decau a neodimi-150, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-151 (151Pr; 150,928319 uma). Nucli format per 59 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 18,90 s. Decau a neodimi-151, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-152 (152Pr; 151,93150 uma). Nucli format per 59 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,63 s. Decau a neodimi-152, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-153 (153Pr; 152,93384 uma). Nucli format per 59 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,28 s. Decau a neodimi-153, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-154 (154Pr; 153,93752 uma). Nucli format per 59 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,3 s. Decau a neodimi-154, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-155 (155Pr; 154,94012 uma). Nucli format per 59 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1 s. Decau a neodimi-155, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-156 (156Pr; 155,94427 uma). Nucli format per 59 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,5 s. Decau a neodimi-156, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-157 (157Pr; 156,94743 uma). Nucli format per 59 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,3 s. Decau a neodimi-157, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-158 (158Pr; 157,95198 uma). Nucli format per 59 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,2 s. Decau a neodimi-158, amb emissió d’un electró.
– praseodimi-159 (159Pr; 158,95550 uma). Nucli format per 59 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau a neodimi-159, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de praseodimi conté 59 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f35s25p66s2. És, doncs, un element del període 6 i del bloc f i, per tant, un lantànid o “metall de terra rara”. De vegades, hom defineix un grup f3 a partir del praseodimi, i que inclouria el protactini com a actínid. L’estat d’oxidació més habitual és +3 (els ions Pr3+ presenten una coloració groga-verda), encara que també el podem trobar en +4 (inestable per la seva elevada capacitat oxidant), +2 i 0. El radi atòmic és de 1,82•10-10 m.

Peces de praseodimi elemental conservades en atmosfera d’argó

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el praseodimi es presenta com un sòlid metàl•lic, d’aspecte argentí, tou, mal•leable i dúctil. A diferència d’altres lantànids, és paramagnètic a qualsevol temperatura superior a 1 K. La densitat de l’al•lòtrop més estable (α-Pr) és de 6770 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el praseodimi elemental fon a 1208 K. La densitat del praseodimi líquid en el punt de fusió és de 6500 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el praseodimi elemental bull a 3403 K.

El praseodimi metàl•lic és una mica més resistent a la corrosió ambiental que no pas altres lantànids. Això es deu, en part, a la formació d’una capa superficial d’òxid (de color verd característic). La remoció de la capa, però, accelera l’oxidació. En qualsevol cas, un peça d’1 cm de diàmetre s’oxidaria completament en condicions ambientals en menys d’un any (i gairebé instantàniament a >420 K). Per evitar-ho, el praseodimi metàl•lic se sol conservar en atmosfera inert o immers en oli mineral.

En solució aquosa, el Pr3+ forma complexos [Pr(OH2)9]3+. El color verd s’explica per l’acció de les bandes d’absorció en la zona taronja (589-590 nm) i blava (482, 468 i 444 nm) de l’espectre.

Entre els compostos de praseodimi esmentarem:
– òxids. El praseodimi metàl•lic s’oxida més o menys lentament a òxid de praseodimi (III,IV) (Pr6O11). En condicions estàndards, el Pr6O11 és un sòlid de color negre, amb una certa tonalitat bruna-verdosa. L’òxid de praseodimi (III) (Pr2O3) és un sòlid blanc cristal•lí (hexagonal).
– hidròxid: Exposat a aigua, el praseodimi metàl•lic dóna lloc a Pr(OH3), amb producció d’hidrogen.
– halurs: PrF3 (sòlid verd), PrF2, PrF4, PrCl3 (sòlid verd), PrBr3 (sòlid verd), Pr2Br5, PrI3 (sòlid verd), PrI2, Pr2I5.
– sulfurs: PrS, Pr2S3 (sòlid bru i de pudor característica).
– sulfats: Pr2(SO4)3 (sòlid cristal•lí de color gris).
– seleniür (PrSe).
– tel•luriurs: PrTe, Pr2Te3.
– nitrur (PrN).
– carbonats: Pr2(CO3)3

Cristalls de sulfat de praseodimi (III) (Pr2(SO4)3•8H2O) amb el color verd lleugerament groguenc que caracteritza moltes sals d’aquest element

L’abundància atòmica del praseodimi en l’univers és condicionada pels processos de nucleosíntesi en estels madurs i en supernoves, per la desintegració de radioisòtops més pesants i per l’estabilitat dels seus mateixos isòtops. En aquest sentit, el praseodimi és un element monoisotòpic (141Pr), cosa que s’esdevé sovint en els elements de Z senar. Això fa que el praseodimi sigui superat en abundància pels dos elements que el flanquegen en la taula periòdica, el ceri i el neodimi. Si descomptem el tecneci, no hi ha cap element més lleuger que sigui tan poc abundant com el praseodimi. Són també molts els elements més pesants que l’arriben a superar en abundància atòmica (a banda del neodimi, el samari, el gadolini, el disprosi, l’erbi, l’iterbi, l’osmi, l’iridi, el platí, l’or, el mercuri, el tal•li i el plom).

En el planeta Terra, l’abundància global del praseodimi és de 0,17 ppm en termes de massa (0,031 ppm en termes atòmics). Com a element litòfil, assoleix una concentració més elevada en l’escorça terrestre, de 9,5 ppm. És força menys abundant en la litosfera que el ceri, el lantà i el neodimi, però supera en termes atòmics tots els altres lantànids. En minerals de terres rares com la monazita i la bastnäsita, el contingut de praseodimi ronda el 5% de la massa de lantànids. Les concentracions de praseodimi en sòls poden variar entre 1 ppm i 15 ppm segons la natura de roca mare (amb 8 ppm com a valor típic).

Monazita procedent de Rostadheia (Iveland, Noruega)

La concentració de praseodimi en la hidrosfera és variable (de l’ordre de 1 ppb). En els oceans, el trobem a 640 ng•m-3.

En l’atmosfera, el praseodimi és pràcticament inexistent.

El praseodimi pot actuar com a cofactor d’alguns enzims dependents de lantànid (Pol et al., 2013). No obstant, per a la majoria d’organisme no és cap bioelement, i sol ser present en forma de traça de manera passiva. Toxicològicament, es comporta de manera similar a altres lantànids trivalents.

Aplicacions del praseodimi

El praseodimi és extret de minerals de terres rares (monazita, bastnäsita), on resulta més aviat un subproducte de l’extracció de ceri, lantà o neodimi. En algunes aplicacions, no és necessari un elevat grau de puresa i és acceptable un cert percentatge de praseodimi (fins el 5%). D’altres vegades, s’utilitzen barreges de lantànids que resulten del procés (com la barreja LCP, amb contingut variable de lantà, ceri i praseodimi).

Les aplicacions específiques de praseodimi són quantitativament limitades, però ben variables. Podem esmentar, entre d’altres:
– preparats de “didimi” metàl•lic, constituïts per una barreja de neodimi i praseodimi, són utilitzats en la confecció de magnets d’alta potència que sigui prou forts i perdurables.
– el vidre de didimi conté quantitats de neodimi i praseodimi que, per les seves propietats de filtració de la llum, són utilitzats en la confecció d’ulleres de seguretat per a soldadors o vidriers.
– el praseodimi metàl•lic és afegit a aliatges de magnesi, als quals contribueix en resistència mecànica. Aquests aliatges són utilitzats en motors aeronàutics.
– diversos compostos de praseodimi són emprats com a colorants en la indústria ceràmica i del vidre, per aconseguir tonalitats grogues o verdes. Així, el praseodimi és utilitzat com a colorant groc-verd en zirconis sintètics.
– la praseodímia (òxid de praseodimi) és afegit a preparats de cèria o de cèria-zircònia, com a catalitzadors sòlids de processos oxidatius.
– hom ha aprofitat les propietats magnetocalòriques de l’aliatge de níquel-praseodimi (PrNi5) per aconseguir temperatures de l’ordre de 10-3 K.
– en el 2005, IBM desenvolupà microxips de cristalls de silicats dopats amb praseodimi amb la capacitat de reduir dràsticament al seu interior la velocitat de propagació de llum. Aquests dispositius de “llum lenta” podrien contribuir a una transmissió més eficient en xarxes electròniques.

Ulleres de lent de vidre de didimi en muntura de titani, pensades com a equip de protecció individual en algunes operacions amb vidre

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: