Cerium

Cerium
←  Lanthan | Praseodym  →
58 Ce ↓ Th 58 Ce
Vzhled jednoduché látky
Vzorek ceru
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Cer / Cerium (Ce), 58
Skupina , období , blok	3 (zastaralé 3), 6, f-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	140,116(1) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[ Xe ]4f 1 5d 1 6s 2 [2]
Poloměr atomu	181 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	165  hodin
Poloměr iontů	(+4e) 92 103. (+3e)  16:00
Elektronegativita	1,12 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Ce←Ce 3+ -2,34 V
Oxidační stavy	+2, +3, +4
Ionizační energie (první elektron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	6,757 g/cm³
Teplota tání	1072 tis .
Teplota varu	3699 K
Oud. teplo tání	5,2 kJ/mol
Oud. výparné teplo	398 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	26,94 [3]  J/(K mol)
Molární objem	21,0  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Kubický FCC
Parametry mřížky	5,160 Å  _
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 11,3 W/(m K)
Číslo CAS	7440-45-1

Cer ( chemická značka - Ce , z lat.  Cerium ) je chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB), šesté období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 58.

Vztahuje se na lanthanoidy .

Jednoduchá látka cer je měkký, tažný , stříbrně zbarvený kov vzácných zemin . Snadno oxiduje na vzduchu.

Historie

Pojmenována po největší z malých planet, Ceres ( Ceres ), pojmenovaná po římské bohyni plodnosti.

Německý chemik M. G. Klaproth , který objevil cerovou zeminu v roce 1803 téměř současně se svými švédskými kolegy - W. Hisingerem a J. J. Berzeliusem , měl námitky proti názvu "cerium", což naznačuje "cererium". Berzelius však své jméno hájil s odkazem na obtížnost vyslovování jména, které Klaproth pro nový prvek navrhoval.

Být v přírodě

Obsah ceru v zemské kůře je 70 g/t, ve vodě oceánů - 5,2⋅10 −6 mg/l [4] .

Vklady

Hlavní ložiska ceru jsou v Číně, USA , Kazachstánu , Rusku , Ukrajině , Austrálii , Brazílii , Indii , Skandinávii .

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu ceru je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 1 5d 1

Cer je tažný a kujný stříbřitý kov, který lze snadno kovat a obrábět při pokojové teplotě.

Jsou známy 4 krystalové modifikace:

• α-forma s kubickou krystalovou mřížkou typu Cu do teploty 95K
• β-forma s hexagonální krystalovou mřížkou typu La v teplotním rozmezí 95–264K
• γ-forma s kubickou krystalovou mřížkou typu Cu v teplotním rozsahu 263–1035 K
• δ-forma s kubickou krystalovou mřížkou typu α-Fe při teplotách nad 1035K

Chemické vlastnosti

Cer je kov vzácných zemin , na vzduchu nestabilní, postupně oxiduje a mění se na bílý oxid a uhličitan ceru. Při zahřátí na +160…+180 °C se na vzduchu vznítí; cerový prášek je samozápalný .

Cer reaguje s kyselinami, při varu oxiduje s vodou a je odolný vůči zásadám. Intenzivně reaguje s halogeny , chalkogeny, dusíkem a uhlíkem.

Získání

Cer se izoluje ze směsi prvků vzácných zemin extrakcí a chromatografickými procesy. Získává se elektrolýzou taveniny fluoridu ceru CeF 3 .

Aplikace

Hutnictví

V moderní technologii je široce využívána schopnost ceru (stejně jako jiných lanthanoidů) modifikovat slitiny na bázi železa , hořčíku ; přidání 1 % ceru k hořčíku prudce zvyšuje jeho pevnost v tahu a odolnost proti tečení.

Legování konstrukčních ocelí cerem výrazně zvyšuje jejich pevnost. Zde je působení ceru obecně podobné jako u lanthanu . Ale protože cer a jeho sloučeniny jsou levnější a dostupnější než lanthan, hodnota ceru jako dopantu je větší.

Legování hliníku cerem zvyšuje jeho pevnost a snižuje jeho elektrickou vodivost (velikost změn závisí na koncentraci ceru ve slitině a také na způsobu získání slitiny).

Za zmínku stojí skutečnost, že cer při fúzi velmi prudce reaguje s řadou kovů za vzniku intermetalických sloučenin . Pro cer je tedy velmi charakteristická prudká reakce se zinkem během fúze nebo místního zahřívání směsi cerového prášku se zinkovým práškem . Tato reakce probíhá ve formě silné exploze, takže přidání kousku ceru do roztaveného zinku je velmi nebezpečné - dojde k jasnému záblesku a silnému výbuchu.

Katalyzátory

V chemickém a naftovém průmyslu se jako katalyzátor používá oxid ceričitý CeO 2 (bod tání 2600 °C) . CeO 2 zejména dobře urychluje prakticky důležitou reakci mezi vodíkem a oxidem uhelnatým ( vodní plyn ). Oxid ceričitý funguje stejně dobře a spolehlivě v zařízeních, kde dochází k dehydrogenaci alkoholu . Další sloučenina ceru, jeho síran Ce(SO 4 ) 2  , je považována za slibný katalyzátor pro výrobu kyseliny sírové. Velmi urychluje oxidační reakci oxidu siřičitého na síru.

Získávání a měření ultranízkých teplot

Dusičnan ceričitý (CMN) Ce 2 Mg 3 (NO 3 ) 12 ·24H 2 O se používá v magnetických teploměrech a jako látka pro adiabatickou demagnetizaci [5] [6] [7] .

Termoelektrické materiály

Sirník ceričitý se používá jako vysokoteplotní termoelektrický materiál s vysokou účinností, obvykle dopovaný sulfidem strontnatým pro zvýšení účinnosti.

Výroba skla

V jaderné technologii jsou skla s obsahem ceru široce používána - nekazí se vlivem záření (vzhledem k tomu, že výsledná barevná centra neabsorbují světlo ve viditelné oblasti), což umožňuje vyrábět silná skla pro ochranu personálu.

Oxid ceričitý cerit je obsažen ve speciálních sklech jako čiřidlo a někdy jako světle žluté barvivo.

Oxid ceričitý se spolu s oxidem titaničitým používá k tavení barevných skel, zbarvených od světle žluté po oranžovou.

Brusivo

Oxid ceričitý je hlavní složkou polyritu, nejúčinnějšího leštícího prášku pro optické a reflexní sklo . Polyrit  je hnědý prášek skládající se z oxidů prvků vzácných zemin. Oxid ceru v něm není nižší než 45%. Je známo, že s přechodem na polyrit se kvalita leštění výrazně zlepšila. Například v charkovském závodě pojmenovaném po F. E. Dzeržinském vzrostla produkce prvotřídního zrcadlového skla po přechodu na polyrit 10krát. Zvýšila se také produktivita dopravníku - polyrit zároveň odebere asi dvakrát více materiálu než jiné leštící prášky.

Pyroforické slitiny

Slitina ceru s 50 % železa ( ferocerium ), a někdy i mischmetal , se používá jako umělý „ pazourek “ do zapalovačů .

Světelné zdroje

Fluorid ceritý se používá jako přísada při výrobě uhlí pro obloukové světelné zdroje, jeho přidání do uhelného materiálu dramaticky zvyšuje jas záře.

Žáruvzdorné materiály

Jako extrémně odolné žáruvzdorné materiály se používá oxid ceričitý (do 2300 °C v oxidační a inertní atmosféře), sulfid ceru (do 1800 °C v redukční atmosféře).

Cer v medicíně

Cerové soli se používají k léčbě a prevenci příznaků mořské nemoci. Ve stomatologii se používá cerová ocel a keramika obsahující oxid ceričitý.

Palivové články

Oxid ceričitý se používá jako složka pro výrobu pevného elektrolytu [8] vysokoteplotních palivových článků.

Chemické zdroje proudu

Fluorid ceritý ve slitině s fluoridem strontnatým se používá k výrobě velmi výkonných polovodičových baterií . Anodou v takových bateriích je čistý kovový cer.

Svařování

Slitinová přísada do šedých hrotových elektrod pro TIG svařování

Izotopy

Přírodní cer se skládá ze směsi čtyř stabilních [9] izotopů: 136 Ce (0,185 %), 138 Ce (0,251 %), 140 Ce (88,450 %) a 142 Ce (11,114 %). U dvou z nich ( 136 Ce a 142 Ce) může v zásadě dojít k dvojnásobnému rozpadu beta , ale jejich radioaktivita nebyla pozorována, byly stanoveny pouze nižší limity poločasů (3,8⋅10 16 let a 5,0⋅10 16 let , respektive). Je také známo 26 radionuklidů ceru. Z nich jsou nejstabilnější 144 Ce (poločas rozpadu 284,893 d), 139 Ce (137,640 d) a 141 Ce (32,501 d). Zbytek známých radionuklidů ceru má poločas rozpadu kratší než 4 dny a většina z nich kratší než 10 minut. Jsou také známy dva izomerní stavy izotopů ceru.

Cer-144 (poločas rozpadu - 285 dní) je jedním ze štěpných produktů uranu-235, a proto se vyrábí ve velkém množství v jaderných reaktorech. Používá se ve formě oxidu (hustota asi 6,4 g/cm³) při výrobě zdrojů radioizotopového proudu jako zdroj tepla, jeho výdej energie je asi 12,5 W/cm³.

Toxicita

Toxicky působí na ryby a nižší vodní organismy. Má schopnost bioakumulace. MPC doporučená WHO pro cer pro pitnou vodu je 0-0,05 mg/l.

Poznámky

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . — S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Atomová referenční data pro výpočty elektronické struktury, cer . NIST.gov.
3. ↑ Chemická encyklopedie: v 5 sv. / Redakce: Zefirov N. S. (šéfredaktor). - Moskva: Velká ruská encyklopedie, 1999. - T. 5. - S. 351.
4. ↑ JP Riley a Skirrow G. Chemická oceánografie V.I, 1965
5. ↑ Evdokimov I. N. Metody a prostředky výzkumu. Část 1. Teplota, s. 53 . Ros. Stát un-t ropy a zemního plynu je. I. M. Gubkin. (Ruština)
6. ↑ Magnetická termometrie . TSB (3. vydání), 1974, díl 15 . (Ruština)
7. ↑ Abraham A., Blini B., Elektronová paramagnetická rezonance přechodových iontů, svazek 1, 1972 , str. 361.
8. ↑ Použití paliv obsahujících síru pro palivové články s přímou oxidací
9. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Hodnocení jaderných a rozpadových vlastností NUBASE  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .

Literatura

• Abraham A., Blini B. Elektronová paramagnetická rezonance přechodových iontů. Svazek I. - M . : Mir, 1972. - 652 s.

Odkazy

• Cerium on Webelements
• Cerium v ​​Populární knihovně chemických prvků

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron okolo světa Malý Brockhaus a Efron chorvatský Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	BNF : 122584198 GND : 4147480-6 J9U : 987007284960805171 LCCN : sh85022138