Praseodymium is synthesized in stars mainly through the s-过程 (slow neutron capture) in asymptotic giant branch (AGB) stars, with significant contributions from the r-process (rapid neutron capture) during supernovae and neutron star mergers. Praseodymium is a typical product of light lanthanide nucleosynthesis, although its production is slightly less efficient than that of neighboring cerium.
宇宙中镨的丰度约为氢原子数的1.8×10⁻¹¹倍，使其在宇宙中的含量比铈低约65倍。这种相对较低的丰度源于镨在核稳定性曲线上处于不利位置。单一同位素Pr-141具有奇数个质子和幻数中子（82），因此具有显著的稳定性。
中性镨（Pr I）和电离镨（Pr II）的光谱谱线因宇宙丰度较低，难以在恒星光谱中观测到。然而，镨仍被用作恒星中镧系元素化学富集的补充示踪剂。贫金属星中的镨/钕比值，为银河系历史中慢中子俘获过程（s-过程）与快中子俘获过程（r-过程）的相对贡献提供了约束条件。
一些化学特殊恒星，尤其是Ap星和富集s过程元素的巨星，其镨丰度较正常恒星略有升高。这些变化归因于AGB星中的s过程核合成，或强磁场Ap星中的大气扩散过程。由于谱线微弱，对这些天体中的镨进行光谱观测需要大口径望远镜和高分辨率光谱仪。
Praseodymium takes its name from the Greek words prasios (green) and 迪迪莫斯 (twin), referring to the characteristic green color of its salts and the fact that it was isolated from didymium, a mixture of rare earths previously considered a single element. The name literally means "green twin," distinguishing praseodymium from neodymium, the "new twin."
In 1885, the Austrian chemist 卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫 (1858-1929) demonstrated that didymium, discovered in 1841 by Carl Gustaf Mosander, was not a single element but a mixture of two distinct elements. Through repeated fractional crystallizations of nitrates, Welsbach succeeded in separating didymium into two components: praseodymium, forming green salts, and neodymium, forming purple-pink salts. This remarkable discovery demonstrated the exceptional experimental skill required to separate rare earths with almost identical chemical properties.
纯镨金属的分离因其高反应性和难以去除的钕杂质而极其困难。20世纪初，通过熔融氯化物的电解还原或金属钙的化学还原，首次获得了镨金属样品。直到20世纪50至60年代，随着现代离子交换和溶剂萃取技术的发展，高纯度镨的生产才具备经济可行性。
镨在地壳中的平均浓度约为9.2 ppm，是地球上第39位最丰富的元素，与硼的含量相当。虽然远不如铈丰富，但镨的含量高于银、金或铂。含镨的主要矿石是氟碳铈矿（(Ce,La,Pr,Nd)CO₃F）和独居石（(Ce,La,Pr,Nd,Th)PO₄），其中镨约占稀土元素总含量的4-5%。
全球氧化镨的年产量约为4000至5000吨。中国主导了全球生产，占世界总量的85%-90%，其次是美国、澳大利亚和缅甸。这种极端的地理集中性使得镨成为一种具有战略意义的关键元素，尤其对高性能永磁体产业而言。
金属镨主要通过两种方法生产：一是在惰性气氛中，用金属钙在高温下还原氧化镨（Pr₆O₁₁）；二是通过熔盐电解法电解熔融氯化镨。全球金属镨的年产量约为1000至1500吨。尽管随着价格上涨和供应担忧加剧，回收力度正在加强，但从废旧磁体中回收镨的比例仍然有限，仅占总供应量的不到1%。
镨（符号Pr，原子序数59）是镧系元素中的第三个元素，属于元素周期表中f区稀土元素。其原子含有59个质子，通常有82个中子（对应唯一稳定同位素\(\,^{141}\mathrm{Pr}\)），以及59个电子，电子排布为[Xe] 4f³ 6s²。
镨是一种柔软、具有延展性和可塑性的银白色金属，略带黄绿色调。它在空气中迅速氧化，形成一层特征性的绿色氧化层，该氧化层会逐渐剥落，无法保护底层金属。镨在室温下以六方密排（HCP）结构结晶，在高温（约795°C）下转变为体心立方（BCC）结构。
Praseodymium melts at 931 °C (1204 K) and boils at 3520 °C (3793 K). Its density is 6.77 g/cm³, similar to that of cerium. Praseodymium is a good conductor of electricity and heat, with electrical conductivity about 10 times lower than that of copper. Praseodymium exhibits interesting magnetic properties: it is paramagnetic at room temperature and becomes antiferromagnetic below 25 K.
镨是一种高活性金属，在潮湿空气中迅速氧化，细屑或粉末状时能自燃。它与水剧烈反应，生成氢氧化镨和氢气。镨必须储存在矿物油中或惰性气氛下以防氧化。镨的活性是轻镧系元素的典型特征，略高于钕。
Melting point of praseodymium: 1204 K (931 °C).
Boiling point of praseodymium: 3793 K (3520 °C).
Praseodymium is paramagnetic at room temperature and becomes antiferromagnetic below 25 K.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变/备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 镨-141 — \(\,^{141}\mathrm{Pr}\,\) | 59 | 82 | 140.907653 u | 100% | 稳定的 | 镨的唯一天然同位素，单同位素。中子幻数（82）。 |
| 镨-142 — \(\,^{142}\mathrm{Pr}\,\) | 59 | 83 | 141.910045 u | 合成 | ≈ 19.12 小时 | 放射性（β⁻）。用于核研究及实验医学中的示踪剂。 |
| 镨-143 — \(\,^{143}\mathrm{Pr}\,\) | 59 | 84 | 142.910817 u | 合成 | ≈ 13.57 天 | 放射性（β⁻）。重要的裂变产物，用于核裂变研究。 |
| 镨-144 — \(\,^{144}\mathrm{Pr}\,\) | 59 | 85 | 143.913305 u | 合成 | ≈ 17.28 分钟 | 放射性（β⁻）。Ce-144的衰变产物，快速过渡到稳定Nd-144的中间步骤。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
镨的59个电子分布在六个电子壳层上。其电子构型为[Xe] 4f³ 6s²，这是轻镧系元素的典型特征，其中4f亚层逐步被填满。该构型也可写作：K(2) L(8) M(18) N(18) O(21) P(2)，或完整表示为：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f³ 5s² 5p⁶ 6s²。
K壳层（n=1）: contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is also complete, forming a noble gas configuration (neon).
M壳层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to electronic shielding.
N层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable and complete structure.
O壳层（n=5）: contains 21 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f³ 5d⁰. The three 4f electrons characterize the chemistry of praseodymium.
P壳层（n=6）: contains 2 electrons in the 6s² subshell. These electrons are the outer valence electrons of praseodymium.
Praseodymium effectively has 5 价电子: three 4f³ electrons and two 6s² electrons. The dominant oxidation state is +3, characteristic of all lanthanides, where praseodymium loses its two 6s electrons and one 4f electron to form the Pr³⁺ ion with the configuration [Xe] 4f². This Pr³⁺ ion is responsible for the characteristic green color of praseodymium salts and solutions.
+4价态也存在，但远不如相邻的铈稳定。Pr⁴⁺（电子构型 [Xe] 4f¹）是一种强氧化剂，仅存在于少数固体化合物中，例如Pr₆O₁₁氧化物（Pr³⁺和Pr⁴⁺的混合物）和PrF₄氟化物。在水溶液中，Pr⁴⁺极不稳定，会迅速通过氧化水还原为Pr³⁺。因此，镨的化学性质本质上就是Pr³⁺离子的化学性质。
氧化态为+2的镨化合物已在极端条件下（固相卤化物）合成，但这些化合物极不稳定，会瞬间氧化。+2氧化态在镨化学中没有实际意义。
镨与氧的反应性极强，在空气中迅速氧化，形成特征性的绿色氧化镨(III)（Pr₂O₃）层，该氧化层会开裂剥落，持续暴露新鲜金属表面以进行氧化。高温下，镨在空气中剧烈燃烧，产生明亮的白色火焰，生成同时含Pr³⁺和Pr⁴⁺的混合氧化物Pr₆O₁₁：6Pr + 11O₂ → 2Pr₆O₁₁。细镨粉末具有自燃性，在室温下即可自发燃烧。
镨与冷水反应缓慢，但与热水或蒸汽反应迅速，生成绿色的氢氧化镨(III)并释放氢气：2Pr + 6H₂O → 2Pr(OH)₃ + 3H₂↑。该反应在高温下显著加速，遇沸水时可能变得剧烈。氢氧化镨(III)是一种中等强度的碱，易从水溶液中沉淀为浅绿色凝胶状固体。
镨与卤素剧烈反应生成有色三卤化物：2Pr + 3Cl₂ → 2PrCl₃（绿色）。四氟化镨 PrF₄ 可通过高温直接氟化获得。镨易溶于酸（甚至稀酸），释放氢气：2Pr + 6HCl → 2PrCl₃ + 3H₂↑，生成特征性的绿色 Pr³⁺ 溶液。
镨与硫反应生成硫化镨（Pr₂S₃），在高温下与氮反应生成氮化镨（PrN），与碳反应生成碳化镨（PrC₂），与氢反应生成氢化镨（PrH₂或PrH₃）。所有Pr³⁺化合物均呈现特征性的绿色，这一独特性质便于识别镨元素。
镨(III)化合物的深绿色源自4f²电子构型内的f-f电子跃迁。这些跃迁通过自旋-轨道耦合部分允许，并在可见光谱中产生特征吸收带。掺镨的玻璃和晶体在黄色区域有强烈吸收，优先透射绿色和蓝色，从而形成独特的绿色调。这种光学特性被用于生产有色玻璃和专用光学滤光片。
镨的主要应用是用于钕铁硼（Nd-Fe-B）型永磁体，约占全球消费量的50-60%。在这类磁体的配方中，镨部分替代钕，通常比例为10-30%的镨与70-90%的钕，从而形成（Nd,Pr）-Fe-B磁体。
镨能显著提高钕铁硼磁体的热稳定性，提升其最高工作温度（居里温度），并降低导致纯钕磁体受热时磁力减弱的负温度系数。这一特性对汽车应用至关重要，尤其适用于在高温（120-180°C）下运行的电动及混合动力汽车电机。
(Nd,Pr)-Fe-B磁体对于电动汽车电机、风力发电机、硬盘驱动器、工业伺服电机、导弹制导系统以及众多国防和航空航天应用至关重要。一辆典型的电动汽车电机中含有0.5-2公斤的轻稀土（钕和镨的总和）。当这两种元素的相对价格波动时，用镨部分替代钕还能实现成本优化，因为镨在同等性能下通常比钕便宜10-30%。
镨作为一种着色剂已被使用超过一个世纪，用于制造浓烈的黄绿色玻璃和陶瓷釉料。将浓度为0.5%-3%的镨盐加入熔融玻璃中，根据浓度和玻璃基质的成分，可产生从浅黄绿色到深翡翠绿的一系列色调。与有机染料不同，这种着色在高温下稳定，且耐紫外线褪色。
镨的一个重要技术应用是生产用于焊工、玻璃吹制工和冶金师的防护眼镜。镨钕混合玻璃（镨-钕混合物）能强烈吸收火焰和电弧中钠发出的强烈黄色波长（钠D线在589纳米处），显著减少眩光并保护工人的眼睛。这种玻璃能透过约70-80%的可见光，同时专门阻挡令人不适的黄色谱线。
镨用作光纤中的掺杂剂，可制造出工作在1.3微米波段的掺镨光纤放大器（PDFA），该波段是光通信的重要区域。虽然不如掺铒放大器（EDFA）常见，但PDFA对于某些需要在该波段进行放大的专业应用至关重要。镨还用于掺杂YAG激光晶体，以产生可见光和近红外区域的特定波长。
镨在典型混合稀土金属（一种主要用于打火石和冶金添加剂的轻稀土合金）中约占4-5%。尽管其含量低于铈（45-50%）和镧（25%），但镨有助于增强合金的发火性能及其对钢的脱硫能力。
除混合稀土金属外，镨还用于多种特种金属合金。镨镍合金（PrNi₅）具有独特的磁学特性，目前正被研究用于储氢领域。含镨的磁致伸缩合金应用于超声波换能器和精密致动器。当以少量（0.1-0.5%）添加时，镨还能改善某些铝镁合金的机械性能。
镨及其化合物的毒性为低至中等，与其他轻镧系元素相似。可溶性镨化合物直接接触时可能引起皮肤、眼睛和呼吸道刺激。吸入镨粉尘可能导致肺部刺激，但尚未有暴露工人出现镨尘肺病的具体病例记录。
摄入可溶性镨化合物可引起短暂的胃肠道紊乱，包括恶心、呕吐和腹泻。动物毒理学研究表明，在长期接触的情况下，镨主要蓄积在肝脏、脾脏和骨骼中。高剂量下，镨会干扰钙代谢并影响肝功能，尽管其毒性阈值相对较高。
镨的毒性水平与铈和钕相当，但显著低于铅、镉等有毒过渡元素。镨在食物链中未表现出明显的生物富集效应，且能在暴露生物体内较快降解或排出。现有研究未证实镨具有致癌性、致突变性或致畸性。
环境中的镨暴露主要来源于稀土开采、冶金精炼以及永磁体的回收。稀土矿附近土壤中的镨浓度可达数十ppm，是自然背景值的3-5倍。矿区径流水中也可能含有高浓度的溶解态镨。
大多数国家并未专门制定镨的职业接触标准，但针对可溶性稀土化合物的一般建议通常将可吸入粉尘的接触限值设定为5-10 mg/m³。美国环境保护署（EPA）未将镨列为优先污染物。在典型环境浓度下，镨对水生和陆地生态系统的生态毒性影响仍处于中等水平，但在高浓度（>100 mg/L）条件下，已记录到对某些敏感物种的影响。
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