Cerium

Cerium
←  Lantan | Praseodymium  →
58 Ce ↓ Th 58 Ce
Utseendet av en enkel substans
Ceriumprov
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Cerium / Cerium (Ce), 58
Grupp , punkt , block	3 (föråldrad 3), 6, f-element
Atommassa ( molmassa )	140 116(1) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[ Xe ]4f 1 5d 1 6s 2 [2]
Atomradie	181 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	165  pm
Jonradie	(+4e) 92 103.(+3e)  16.00
Elektronnegativitet	1,12 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	Ce←Ce 3+ -2,34 V
Oxidationstillstånd	+2, +3, +4
Joniseringsenergi (första elektron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	6,757 g/cm³
Smält temperatur	1072K _
Koktemperatur	3699 K
Oud. fusionsvärme	5,2 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	398 kJ/mol
Molär värmekapacitet	26,94 [3]  J/(K mol)
Molar volym	21,0  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	Kubisk FCC
Gitterparametrar	5.160Å  _
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 11,3 W/(m K)
CAS-nummer	7440-45-1

Cerium ( kemisk symbol - Ce , från lat.  Cerium ) är ett kemiskt element i den 3:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen - en sidoundergrupp av den tredje gruppen, IIIB), den sjätte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendelejev , med atomnummer 58.

Syftar på lantaniderna .

Det enkla ämnet cerium är en mjuk, seg , silverfärgad sällsynt jordartsmetall . Lätt oxideras i luft.

Historik

Uppkallad efter den största av de mindre planeterna, Ceres ( Ceres ), i sin tur uppkallad efter den romerska fruktbarhetsgudinnan.

Den tyske kemisten M. G. Klaproth , som upptäckte ceriumjord 1803 nästan samtidigt med sina svenska kollegor - W. Hisinger och J. J. Berzelius , protesterade mot namnet "cerium", vilket antydde "cererium". Berzelius försvarade dock sitt namn med hänvisning till svårigheten att uttala det namn som Klaproth föreslog för det nya elementet.

Att vara i naturen

Innehållet av cerium i jordskorpan är 70 g/t, i havens vatten - 5,2⋅10 −6 mg/l [4] .

Insättningar

De huvudsakliga fyndigheterna av cerium finns i Kina, USA , Kazakstan , Ryssland , Ukraina , Australien , Brasilien , Indien , Skandinavien .

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av ceriumatomen är: 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

Cerium är en formbar och formbar silverfärgad metall som lätt kan smidas och bearbetas i rumstemperatur.

4 kristallmodifieringar är kända:

• α-form med ett kubiskt kristallgitter av Cu-typ upp till en temperatur på 95K
• β-form med ett hexagonalt kristallgitter av La-typ i temperaturområdet 95–264K
• γ-form med ett kubiskt kristallgitter av Cu-typ i temperaturområdet 263–1035 K
• δ-form med ett kubiskt kristallgitter av α-Fe-typ vid temperaturer över 1035K

Kemiska egenskaper

Cerium är en sällsynt jordartsmetall , instabil i luft, oxiderar gradvis och förvandlas till vit oxid och ceriumkarbonat. Vid uppvärmning till +160…+180 °C antänds den i luft; ceriumpulver är pyrofor .

Cerium reagerar med syror, oxiderar med vatten vid kokning och är resistent mot alkalier. Reagerar kraftigt med halogener , kalkogener, kväve och kol.

Får

Cerium isoleras från en blandning av sällsynta jordartsmetaller genom extraktions- och kromatografiprocesser. Erhålls genom elektrolys av en smälta av ceriumfluorid CeF 3 .

Applikation

Metallurgi

I modern teknik används ceriums (liksom andra lantanider) förmåga att modifiera legeringar baserade på järn , magnesium i stor utsträckning ; tillsatsen av 1% cerium till magnesium ökar kraftigt den senares draghållfasthet och krypmotstånd.

Legering av konstruktionsstål med cerium ökar deras hållfasthet avsevärt. Här liknar ceriums verkan i allmänhet den hos lantan . Men eftersom cerium och dess föreningar är billigare och mer tillgängliga än lantan, är värdet av cerium som dopningsmedel större.

Att legera aluminium med cerium ökar dess styrka och minskar dess elektriska ledningsförmåga (storleken på förändringarna beror på koncentrationen av cerium i legeringen, såväl som på metoden för att erhålla legeringen).

Det är värt att notera att cerium reagerar mycket häftigt med ett antal metaller under fusion med bildning av intermetalliska föreningar . Således är en våldsam reaktion med zink under fusion eller lokal uppvärmning av en blandning av ceriumpulver med zinkpulver mycket karakteristisk för cerium . Denna reaktion fortsätter i form av en kraftig explosion, så att lägga till en bit cerium till smält zink är mycket farligt - en ljus blixt och en kraftig explosion inträffar.

Katalysatorer

Inom kemisk industri och petroleumindustri används ceriumdioxid CeO 2 (smältpunkt 2600 ° C) som katalysator . I synnerhet accelererar CeO 2 väl den praktiskt viktiga reaktionen mellan väte och kolmonoxid ( vattengas ). Ceriumdioxid fungerar lika bra och tillförlitligt i apparater där alkoholdehydrering sker . En annan ceriumförening, dess sulfat Ce(SO 4 ) 2  , anses vara en lovande katalysator för svavelsyraproduktion. Det påskyndar kraftigt oxidationsreaktionen av svaveldioxid till svavel.

Erhålla och mäta ultralåga temperaturer

Cerium-magnesiumnitrat (CMN) Ce 2 Mg 3 (NO 3 ) 12 ·24H 2 O används i magnetiska termometrar och som ämne för adiabatisk avmagnetisering [5] [6] [7] .

Termoelektriska material

Ceriumsulfid används som ett termoelektriskt högtemperaturmaterial med hög effektivitet, vanligtvis dopat med strontiumsulfid för att öka effektiviteten.

Glasproduktion

Inom kärntekniken används ceriumhaltiga glas i stor utsträckning - de blir inte smutsiga under påverkan av strålning (eftersom de resulterande färgcentran inte absorberar ljus i det synliga området), vilket gör det möjligt att producera tjocka glasögon för att skydda personalen.

Ceriumdioxidcerit ingår i specialglas som klarningsmedel och ibland som ljusgul färg.

Cerium(IV)oxid, tillsammans med titandioxid, används för att smälta färgade glas, färgade från ljusgult till orange.

Slipmedel

Ceriumdioxid är huvudkomponenten i polyrit, det mest effektiva poleringspulvret för optiskt och reflekterande glas . Polyrit  är ett brunt pulver som består av oxider av sällsynta jordartsmetaller. Ceriumoxid i det är inte mindre än 45%. Det är känt att med övergången till polyrit har kvaliteten på poleringen förbättrats avsevärt. Vid Kharkov-fabriken uppkallad efter F. E. Dzerzhinsky , till exempel, ökade produktionen av förstklassigt spegelglas efter byte till polyrit 10 gånger. Produktiviteten på transportören har också ökat - samtidigt tar polyrit bort ungefär dubbelt så mycket material som andra polerpulver.

Pyroforiska legeringar

En legering av cerium med 50% järn ( ferrocerium ), och ibland mischmetal , används som en konstgjord " flinta " i tändare .

Ljuskällor

Ceriumtrifluorid används som tillsats vid tillverkning av kol för ljusbågskällor; dess tillsats till kolmaterialet ökar dramatiskt glödens ljusstyrka.

Eldfasta material

Som extremt resistenta eldfasta material används ceriumdioxid (upp till 2300 °C i en oxiderande och inert atmosfär), ceriumsulfid (upp till 1800 °C i en reducerande atmosfär).

Cerium i medicin

Ceriumsalter används för att behandla och förebygga symtom på sjösjuka. Inom tandvården används ceriumstål och keramik innehållande ceriumdioxid.

Bränsleceller

Ceriumdioxid används som en komponent för framställning av en fast elektrolyt [8] av högtemperaturbränsleceller.

Kemiska strömkällor

Ceriumtrifluorid i en legering med strontiumfluorid används för att tillverka mycket kraftfulla solid state -batterier . Anoden i sådana batterier är rent metalliskt cerium.

Svetsning

Legeringstillsats för gråspetselektroder för TIG-svetsning

Isotoper

Naturligt cerium består av en blandning av fyra stabila [9] isotoper: 136 Ce (0,185%), 138 Ce (0,251%), 140 Ce (88,450%) och 142 Ce (11,114%). Två av dem ( 136 Ce och 142 Ce) kan i princip uppleva dubbelt beta-sönderfall , men deras radioaktivitet har inte observerats, endast lägre gränser för halveringstider har fastställts (3,8⋅10 16 år och 5,0⋅10 16 år , respektive). 26 ceriumradionuklider är också kända. Av dessa är de mest stabila 144 Ce (halveringstid 284.893 d), 139 Ce (137.640 d) och 141 Ce (32.501 d). Resten av de kända ceriumradionukliderna har en halveringstid på mindre än 4 dagar, och de flesta mindre än 10 minuter. Två isomera tillstånd av ceriumisotoper är också kända.

Cerium-144 (halveringstid - 285 dagar) är en av klyvningsprodukterna av uran-235, och produceras därför i stora mängder i kärnreaktorer. Den används i form av dioxid (densitet ca 6,4 g/cm³) vid produktion av radioisotopströmkällor som värmekälla, dess energiutsläpp är ca 12,5 W/cm³.

Toxicitet

Det har en giftig effekt på fiskar och lägre vattenlevande organismer. Har förmågan att bioackumulera. Den av WHO rekommenderade MPC för cerium för dricksvatten är 0-0,05 mg/l.

Anteckningar

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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . — S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Atomreferensdata för elektroniska strukturberäkningar, Cerium . NIST.gov.
3. ↑ Chemical Encyclopedia: i 5 vols. / Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktör). - Moskva: Great Russian Encyclopedia, 1999. - T. 5. - S. 351.
4. ↑ JP Riley och Skirrow G. Chemical Oceanography V.I, 1965
5. ↑ Evdokimov I. N. Forskningsmetoder och metoder. Del 1. Temperatur, s. 53 . Ros. stat un-t av olja och gas dem. I. M. Gubkin. (ryska)
6. ↑ Magnetisk termometri . TSB (3:e uppl.), 1974, vol. 15 . (ryska)
7. ↑ Abraham A., Blini B., Electron paramagnetic resonance of transition ions, vol. 1, 1972 , sid. 361.
8. ↑ Användningen av svavelhaltiga bränslen för direktoxidationsbränsleceller
9. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-utvärderingen av kärn- och sönderfallsegenskaper  // Kärnfysik A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .

Litteratur

• Abraham A., Blini B. Elektronparamagnetisk resonans av övergångsjoner. Volym I. - M. : Mir, 1972. - 652 sid.

Länkar

• Cerium på webbelement
• Cerium på Popular Library of Chemical Elements

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron runt världen Litet Brockhaus och Efron Kroatisk Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger	BNF : 122584198 GND : 4147480-6 J9U : 987007284960805171 LCCN : sh85022138